CWPC2024：西安永兴科技发展有限公司技术工程师刘奇发表《再论风电叶片用拉挤UD条质量稳定与工艺创新》的演讲

各位下午好，我受公司吴总委托分享一下公司在UD条拉挤生产的努力。

我汇报的题目是：再论风电叶片用拉挤UD条质量稳定与工艺创新。

分享的内容主要有以下3大板块：企业介绍、复合材料概述、UD楔形条技术创新。

1、企业介绍

西安永兴科技发展有限公司成立于2004年，现有橡塑研发中心和力达先进复合材料事业部，是一家集研发，制造，加工，国际贸易，服务为一体的，面向石油，风能发电，电力，环境工程，清洁能源等综合性企业。力达先进复合材料事业部主要从事高性能先进复合材料的研发与生产，目前生产所使用的纤维增强材料有玻璃纤维、玄武岩纤维、聚酯纤维、碳纤维、芳纶纤维等。树脂基有环氧树脂、不饱和聚酯树脂、环氧乙烯基树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂。生产的复合材料包括电力用绝缘横担、轨道交通用电力保护套管、地铁疏散平台用复合材料、风力发电用叶根部加强预埋UD楔形条、太阳能发电光伏支架、光伏边框，土木建筑用复合材料螺纹筋、碳纤维拉编缠工艺复合套管等。

公司规模，注册资金5168万元，员工60余名，从事高分子材料研发人员5人，复合材料设计工程师6人，原材料及产品品质检验工程师4人。型材拉挤专用生产线50条，专门用于复合材料型材拉挤生产。按UD楔形条生产速度核算产量15000米/天。

我们的优势：一揽子解决方案、愿意接受非标小批量、交货周期短、具有竞争力的价格、可靠的产品品质保障，愿意接受小批量的试制。

（图示）这是公司取得的荣誉，三体系证书、复合材料协会会员单位、发明专利8项、实用新型17项、最佳交付供应商奖——时代新材。

2、复合材料概述

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，组成的具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

典型复合材料成型工艺：拉挤成型，将经过浸渍的连续纤维通过具有一定截面形状的成型模具，在模腔内固化成型，在牵引机械拉力作用下可连续引拔出无限长的型材制品的成型工艺。缠绕成型，将浸渍过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的成型工艺。模压成型，将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。RTM，将纤维预制体放入封闭模具中，然后通过抽真空和压缩方式向模具中注入树脂，最后固化得到复合材料制品的成型工艺。

因为UD条是拉挤成型，接下来简单介绍一下拉挤成型，卧式拉挤结构较为简单，操作方便，对生产车间结构没有特殊的要求，因此在拉挤工业中应用较多。立式拉挤，各工序沿垂直方向布置，主要用于制造空心型材，因为空心型材芯模只有一端支撑，垂直布置不会使芯模悬臂下垂而使制品壁厚不均匀。这种拉挤工艺局限性较大，产品单一，已经不再使用。

（图示）这是拉挤成型工艺典型流程，纤维排布、浸胶、预成型、模具加稳固化、牵引、切割，最后得到制品。这是典型的拉挤工艺设备，从左往右是纱架、树脂槽、预成型、模具、牵引、切割。

拉挤工艺常用的树脂体系有：环氧树脂基、乙烯基和不饱和聚酯树脂，聚氨树脂基，酚醛树脂基。拉挤工艺的增强材料：玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、其他增强材料。

拉挤工艺的助剂和填料，拉挤所用的助剂根据用途和功能不同，应选择符合工艺和产品质量要求的满足国家标准规定或欧盟相关认证的助剂和填料。常用助剂包括交联剂、固化剂、促进剂、增韧剂，低收缩剂、分散剂、引发剂，抗紫外线老化剂、脱模剂、阻燃剂、填料、色料等。常用填料有：碳酸钙，滑石粉，高岭土，氢氧化铝等任何粉状矿物。

3、UD条技术创新

UD楔形条是一种用于螺栓预埋型风电叶片制造中的新型材料，有效解决了预埋螺栓后叶根出现的孔洞、气泡、富树脂等问题，从而提高了叶根的连接质量。UD楔形条通常使用玻璃纤维作为增强材料，环氧树脂作为基体，采用拉挤工艺生产而成，与叶片属于同一体系。一般具有特定形状，作为叶片叶根连接的关键部件同壳体结构铺层一起灌注成型。

（图示）UD楔形条生产流程图。

UD楔形条创新，拉挤工艺创新，引入微波加热，提高了生产效率并稳定了产品质量。配方的创新，采用无脱模剂配方，提高了UD楔形条与叶片材料界面粘接强度，对叶根部连接可靠性和稳定性有了长期保障。新品研发，一种低密度、表面粗糙度高的全新UD楔形条。

微波加热，微波加热是一种依靠物质吸收微波能将其转化为热能，使自身整体同时升温的加热方式。与传统的加热方式电加热相比，微波加热是通过被加热物料内部偶极分子高频往复运动产生内摩擦使被加热物料温度升高，物料内部外部同时加热，同时升温，加热快速且均匀，有利于提高产品品质。传统电加热是根据热传导，对流和辐射原理使热量从外部传至物料上，热量总是由表及里传递对物料进行加热。物料中会存在温度梯度，加热不均匀，局部加热过热，形成外焦里不熟，从而影响产品质量稳定。

（图示）这就是典型的微波加热的传热方式。左边是典型由外向里的热传递。

微波加热优势主要有：加热均匀，升温速度快。穿透力高，有利于产品的固化。反应灵敏、控制及时、效率高。清洁卫生，污染小。

脱模剂的作用，在拉挤成型工艺中，脱模剂起到提高产品表面光滑度，减少拉挤过程中的阻力。目前传统玻璃纤维环氧拉挤体系中，树脂基都含有无机蜡类，酯类等脱模剂。它在树脂基中以游离物存在，模具加热后在膜腔温度和压力作用下，迁移到半固化的产品表面形成一层离型膜，从而减少拉挤过程中的阻力，起到润滑脱膜作用。有利于产品顺利从模腔中拉挤出来。对于不同截面大小的型材，脱模剂添加量是不同的。

但脱模剂又存在一个问题，脱模剂大多是无机材料，它不参与制品在固化过程中环氧树脂胶料的化学反应。在加热过程中，析出和游离在制品和模腔表面，有利于制品脱模，但会影响制品与其他材料的界面粘接可靠性。而且它并不能一次性完全析出，潜伏在树脂基的脱模剂就会对产品粘接的稳定性产生影响。

（图示）这两个图就是我们根据有脱模剂的UD楔形条和无脱模剂的UD楔形条做的热稳定实验，左边是脱模剂析出的状态。

（图示）这是我们公司开发的无添加脱模剂UD楔形条配方， 在环氧树脂胶料中添加一种有机的反应型助剂，他参与环氧树脂的化学反应，提高产品表面光洁度的同时提高了制品韧性。这种反应型助剂按比例加入到固化剂中，搅拌均匀，放置96小时以上，使助剂和固化剂充分预聚。与环氧树脂按比例混合制成的胶料在加热固化时，添加的助剂与环氧树脂产生交联反应，减小环氧树脂反应时模腔对制品的阻力，达到顺利脱模，这是我们公司无脱模剂配方的重中之重。

（图示）这是我们公司一种全新的UD楔形条，低密度，表面粗糙度高，界面粘接强度好，抗疲劳性能好。

（图示）这是公司对UD楔形条质量控制，严格对UD楔形条质量进行把控。这是德国进口的Tg测试机，上海力学性能测试，胶含量测试仪，粗糙度测试仪。

我的分享完毕，谢谢大家！