風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的幾種制造工藝比較

　　復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)部件，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，并要具有長(zhǎng)期在戶外自然環(huán)境條件下使用的耐候性和合理的價(jià)格。因此，葉片的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平十分重要，被視為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。

　　傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝（Hand Lay-up） 制造。手糊工藝的主要特點(diǎn)在于手工操作、開模成型（成型工藝中樹脂和增強(qiáng)纖維需完全暴露于操作者和環(huán)境中）、生產(chǎn)效率低以及樹脂固化程度（樹脂的化學(xué)反應(yīng)程度）往往偏低，適合產(chǎn)品批量較小、質(zhì)量均勻性要求較低復(fù)合材料制品的生產(chǎn)。因此手糊工藝生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)工人的操作熟練程度及環(huán)境條件依賴性較大，生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品的而且產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動(dòng)較大，產(chǎn)品的動(dòng)靜平衡保證性差，廢品率較高。特別是對(duì)高性能的復(fù)雜氣動(dòng)外型和夾芯結(jié)構(gòu)葉片，還往往需要粘接等二次加工，粘接工藝需要粘接平臺(tái)或型架以確保粘接面的貼合，生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜和困難。手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過程中出現(xiàn)問題往往是由于工藝過程中的含膠量不均勻、纖維/樹脂浸潤(rùn)不良及固化不完全等引起的裂紋、斷裂和葉片變形等。此外，手糊工藝往往還會(huì)伴有大量有害物質(zhì)和溶劑的釋放，有一定的環(huán)境污染問題。因此，目前國(guó)外的高質(zhì)量復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片往往采用RIM（聚胺酯反應(yīng)注射成型）、RTM、纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝制造。其中RIM工藝投資較大，適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的大批量生產(chǎn)（》50，000片/年）；RTM工藝適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的中等批量生產(chǎn)（5，000~30，000片/年）；纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝適宜大型風(fēng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)。

　　RTM工藝主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體（Preform），采用注射設(shè)備將專用低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)以保證樹脂流動(dòng)順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤(rùn)纖維，并且模具有加熱系統(tǒng)可進(jìn)行加熱固化而成型復(fù)合材料構(gòu)件。其主要特點(diǎn)有

　　閉模成型，產(chǎn)品尺寸和外型精度高，適合成型高質(zhì)量的復(fù)合材料整體構(gòu)件（整個(gè)葉片一次成型）；

　　初期投資?。ㄅcSMC及RIM相比）；

　　制品表面光潔度高；成型效率高（與手糊工藝相比），適合成型年產(chǎn)20，000件左右的復(fù)合材料制品；

　　環(huán)境污染?。ㄓ袡C(jī)揮發(fā)份小于50ppm，是唯一符合國(guó)際環(huán)保要求的復(fù)合材料成型工藝）。

　　由此可看出，RTM工藝屬于半機(jī)械化的復(fù)合材料成型工藝，工人只需將設(shè)計(jì)好的干纖維預(yù)成型體放到模具中并合模，隨后的工藝則完全靠模具和注射系統(tǒng)來完成和保證，沒有任何樹脂的暴露，并因而對(duì)工人的技術(shù)和環(huán)境的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于手糊工藝并可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量。RTM工藝采用閉模成型工藝，特別適宜一次成型整體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片（纖維、夾芯和接頭等可一次模腔中共成型），而無需二次粘接。與手糊工藝相比，不但節(jié)約了粘接工藝的各種工裝設(shè)備，而且節(jié)約了工作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)由于采用了低粘度樹脂浸潤(rùn)纖維以及采用加溫固化工藝，大大提高了復(fù)合材料質(zhì)量和生產(chǎn)效率。RTM工藝生產(chǎn)較少的依賴工人的技術(shù)水平，工藝質(zhì)量?jī)H僅依賴確定好的工藝參數(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量易于保證，產(chǎn)品的廢品率低于手糊工藝。

　　RTM工藝與手糊工藝的區(qū)別還在于，RTM工藝的技術(shù)含量高于手糊工藝。無論是模具設(shè)計(jì)和制造、增強(qiáng)材料的設(shè)計(jì)和鋪放、樹脂類型的選擇與改性、工藝參數(shù)（如注射壓力、溫度、樹脂粘度等）的確定與實(shí)施，都需要在產(chǎn)品生產(chǎn)前通過計(jì)算機(jī)模擬分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來確定，從而有效保證質(zhì)量的一致性。這對(duì)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片這樣的動(dòng)部件十分重要。

　　因此，由以上的分析和比較可看出，采用復(fù)合材料RTM樹脂傳遞模塑工藝技術(shù)替代風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片手糊制造工藝，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、力學(xué)性能強(qiáng)等特點(diǎn)。同時(shí)可極大減少樹脂的有害成份揮發(fā)對(duì)人體和環(huán)境造成的危害，是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片制造技術(shù)的主要發(fā)展方向。該技術(shù)的應(yīng)用可基本解決目前手工糊制葉片制造工藝中存在的技術(shù)和質(zhì)量問題，是產(chǎn)品更新?lián)Q代和占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。