复合材料夹层梁树脂柱的影响分析

本文将芯层树脂柱和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS对舍有树脂柱的点阵增强型复合材料夹层梁建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了树脂柱的分布与材料特性对芯层与上下面层层间应力分布以及梁跨中最大位移的影响,分析了树脂柱对于增强面层和芯层间抗剥离能力的作用.     

EPON树脂在泡沫芯材拼接中的应用研究

本文通过测定EPON树脂在不同温度下的凝胶时间,从而提出EPON树脂在华南公司现场使用的环境控制要点,同时用泡沫芯材剪切试验考察EPON拼接后的泡沫芯性能,并对比未拼接的泡沫芯材夹层结构在室温干态、高温干态的性能数据,表明EPON树脂拼接后的泡沫芯材性能未下降,EPON树脂可以用于泡沫芯拼接。     

芯层开槽对复合夹层板力学性能的影响分析

将芯层沟槽和泡沫芯材分开,应用有限元商业软件ANSYS,对芯层开槽的复合材料夹层板建立物理模型,进行弹性力学分析.研究了沟槽尺寸和沟槽内树脂材料特性对上下面层与芯层问的应力分布以及对板竖向位移的影响,分析了沟槽中树脂对面层和芯层间抗剥离能力的增强作用.     

聚苯乙烯泡沫作为风电叶片夹芯材料的可行性研究

讨论了聚苯乙烯(PS)泡沫在风电叶片中的应用,通过对比研究聚氯乙烯(PVC)泡沫和PS泡沫本体以及泡沫玻璃钢夹芯结构的力学性能,通过有限元模拟夹芯结构悬臂梁在加载后发生的位移值来判断PS泡沫作为夹芯结构的芯材对整体刚度的影响,并通过实验测量和有限元模拟泡沫夹芯结构。结果显示,PS泡沫本体力学性能较PVC低;PS泡沫作为夹芯结构的芯材可以使用在叶片的剪切腹板中,在替代PVC泡沫使用在壳体蒙皮的夹芯层中,若要保证蒙皮的刚度不变则需要增加PS泡沫的厚度。     

Z向增强高阻燃泡沫夹芯复合材料成型工艺研究

采用复合材料树脂浸渍模塑成型工艺(SCRIMP)工艺及泡沫缝纫技术制备了以玻璃纤维Z向增强泡沫为芯材的高阻燃夹芯复合材料,分析了原材料、导流方式、真空度、树脂注胶量等参数对其成型工艺的影响.结果表明:通过控制树脂黏度与真空度可以实现树脂在芯材及面层的良好流动,通过改善纤维的浸润剂、导流方式及树脂量等参数,可控制制品缺陷,大幅提升其力学性能.     

格构增强型复合材料夹层结构的制备与受力性能

真空导入成型工艺是一种新型的适合大型/异型复合材料结构件成型的技术.选用H-60 PVC泡沫、四轴向玻璃纤维布以及乙烯基酯树脂,通过在泡沫芯材上、下表面开槽,同时沿芯材厚度方向剖开,采用真空导入成型工艺制备出在结构上具有创新构型的格构增强型复合材料夹层结构.研究结果表明,真空导入成型工艺充模速度快、成型效益高;格构增强型复合材料夹层结构的剪切、平压与抗弯性能均较传统夹层结构得以提高;其格构腹板可有效抑制泡沫芯材剪切裂纹的扩展,避免面板与芯材的剥离破坏;阐明了格构增强型复合材料夹层结构的受弯极限承载能力.     

RTM工艺中的泡沫芯材

为了论证泡沫芯材在RTM工艺中是否适用,德国宇航中心DLR使用PMI泡沫(ROHACELL)芯材,采用压力罐辅助树脂注射工艺(单管注射 Single-Line-Injection SLI工艺)试验制造了部分结构件。其中部分样件还采用了单面缝合技术,提高了面板的抗冲击性能。另外,DLR还研究了泡沫芯材LRI(液体树脂注射)基础上CFRP机身结构的设计方案。方案具有高度集成和制造简单的特点。在大量使用的基础上,位于德国Braunschweig的INVENT公司成功的在新近开发的仙童多尼尔728飞机的起落架舱门和其它的二类构件中,使用LRI/泡沫芯的设计方案。即使高负荷、及其复杂的一类构件—前支杆转接器也是由INVENT公司采用这种技术制造完成。     

玻璃钢救生圈

玻璃钢救生圈是用玻璃钢外壳替代帆布外壳,聚苯乙烯泡沫塑料为芯材所制成。 第一次试制,我们是用聚苯乙烯在模具内发泡做成圈形,再在外面糊玻璃钢。玻璃钢是用189~#聚酯树脂和无碱玻璃纤维布。但是由于促进剂对聚苯乙烯泡沫芯材有腐蚀作用,结果芯材被腐蚀成煤渣一样,体积也只剩一半了。 第二次,我们先用模具糊成半毫米厚的半爿玻璃钢薄壳,聚苯乙烯泡沫塑料芯材接触固化后的玻璃钢就不会发生化学腐蚀了。我们用两半爿薄壳包在芯材上再在外面糊上玻璃钢,总厚度有4～5毫米。这样玻璃钢救生圈就基本成功并成批生产。     

产品开发

结构泡沫芯材需加快发展 结构泡沫芯材主要包括聚氯乙烯、聚酯、聚氨醋、SAN等聚合物泡沫，其中聚氯乙烯泡沫和聚酯泡沫用量最大。结构泡沫作为玻璃钢复合材料的一种夹芯材料，因其质轻材硬而广泛应用于风电、船舶、航空、交通运输、运动器材等领域。近年来我国由于风电等下游产业的迅速发展，我国结构泡末芯材的需求逐年快速增长。2005年我国结构泡沫芯材需求量为547t，     

横隔板增强型泡沫夹芯复合材料梁抗剪性能试验研究

复合材料泡沫夹芯结构易发生芯材剪切破坏,需对泡沫芯材进行增强。本文对比分析了不同增强泡沫夹芯结构的增强原理、芯材对界面性能和抗剪能力的贡献以及各自的局限;采用真空导入工艺制作了横隔板增强泡沫夹芯梁,并对其进行了剪跨比为3的三点弯试验,研究了横隔板及其间距对泡沫夹芯结构抗剪性能的影响。试验结果表明,横隔板的存在能有效提高构件的延性,且横隔板间距越小,延性越好,改善了泡沫夹芯结构脆性破坏的特性;但横隔板增强对夹芯梁强度和刚度的影响不大,该结果与垂直缝纫增强泡沫夹芯结构的试验结果类似。横隔板增强泡沫夹芯结构具有良好的设计性,其制作过程比较简单,可改变横隔板角度或采用双向隔板增强,从而在保持延性的优势下,提高其强度和刚度。     

兆瓦级风机叶片主体材料的应用分析

主要阐述了目前风力发电机叶片中主要采用的复合材料,即玻璃纤维、环氧树脂、胶粘剂和PVC芯材;同时对不同材料在叶片中所占的比重和成本比例进行了分析和研究。提出了未来风机叶片主体材料的研发任重道远。     

几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析

将风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系MERICAN 3311A/B与同类两款产品进行了对比分析,研究了三种树脂体系对玻纤的浸润性;采用真空导入成型技术制备了复合材料板,并对复合材料的力学性能进行了研究。结果表明,MERICAN3311A/B粘度低、浸润性良好、FRP力学性能高,与纤维的匹配性良好,达到甚至某些方面已超越国内外同类进口产品的水平,能够满足风电叶片对树脂的性能要求。     

Composite Repair in Wind Turbine Blades: An Overview

Renewable energy sources such as wind energy—together with energy-efficient technologies—are essential to meet global energy demands and address climate change. Fiber-reinforced polymer composites, with their superior structural properties (e.g., high stiffness-to-weight) that allow lightweight and robust designs, play a significant part in the design and manufacture of modern wind turbines, especially turbine blades, for demanding service conditions. However, with the current global growth in onshore/offshore wind farm installations (with total global capacity of ～282 GW by the end of 2012) and trend in wind turbine design (～7–8 MW turbine capacity with ～70–80 m blade length for offshore installations), one of the challenges that the wind energy industry faces with composite turbine blades is the aspect of structural maintenance and repair. Although wind turbines are typically designed for a service life of about 20 years, robust structural maintenance and repair procedures are essential to ensure the structural integrity of wind turbines and prevent catastrophic failures. Wind blades are damaged due to demanding mechanical loads (e.g., static and fatigue), environmental conditions (e.g., temperature and humidity) and also manufacturing defects. If material damage is not extensive, structural repair is the only viable option to restore strength since replacing the entire blade is not cost-effective, especially for larger blades. Composite repairs (e.g., external and scarf patches) can be used to restore damaged laminate/sandwich regions in wind blades. With composite materials in the spar (～30–80 mm thick glass/carbon fiber laminates) and aerodynamic shells (sandwich sections with thin glass fiber skins and thick foam/wood as core), it is important to have reliable and cost-effective structural repair procedures to restore damaged wind blades. However, compared to aerospace bonded repairs, structural repair procedures in wind blades are not as well developed and thus face several challenges. In this regard, the area of composite repair in wind blades is broadly reviewed to provide an overview as well as identify associated challenges.     

风电叶片用聚氨酯模内胶衣的工艺适用性研究

模内涂装是提高风电叶片涂装效率的一种有效方式。相比模外涂层体系,风电叶片用模内涂层体系在工艺性能方面有一些特殊性要求。研究了三种聚氨酯模内胶衣在风电叶片中的工艺适用性,通过可操作性、占模时间、与玻璃钢之间的附着力、在实际叶片模具上的脱模性能以及脱模后对其覆盖的玻璃钢中灌注缺陷的可观察性等性能研究发现,其中两种聚氨酯模内胶衣适用于风电叶片的生产工艺过程。     

风电叶片玻璃钢/复合材料夹层结构的泡沫芯材

介绍了风力发电叶片使用的几种泡沫芯材,每种泡沫各自的特点、泡沫本体力学性能和工艺性能。认为未来风电叶片泡沫芯材的发展方向会朝着高性能和可回收具有环境友好性的方向发展。     

风电叶片用真空灌注树脂体系的研究

本文研制了一种风电叶片用真空灌注环氧树脂体系。分别使用旋转粘度计、万能材料力学试验机、差示扫描量热仪对环氧树脂体系及其固化物的工艺性能、力学性能、热性能等进行了表征。通过叶片灌注模拟及层合板性能检测对该环氧树脂体系与玻璃纤维的匹配性进行了表征。结果表明,该环氧树脂体系具有粘度低、工艺操作性好、力学性能及热性能优异、纤维匹配性好等优点,可用于风力发电叶片的制备。     

Enhancing particle erosion resistance of glass‐reinforced polymeric composites using carbon nanofiber‐based nanopaper coatings

Sand erosion may cause severe damage of blades in wind turbine and helicopter blades as well as many surface components of airplanes. In this study, thin nanopapers made of carbon nanofibers (CNFs) are used to enhance the resistance of solid particle erosion of glass fiber (GF)/wind epoxy composites. Finite element computer simulations are used to elucidate the underlying mechanisms. The much higher particle erosion resistance of nanopapers compared to GF‐reinforced epoxy composites is attributed to the high strength of CNFs and their nanoscale structure. The excellent performance in particle erosion resistance makes the CNF‐based nanopaper a prospective protective coating material for the turbine blades in the wind energy industry. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci., 2013     

大型碳纤维复合材料风机叶片成型工艺与发展

本文介绍了风电叶片的纤维增强材料、基体、结构芯材、胶粘剂及辅助材料,同时重点总结了树脂转移模塑（RTM）成型工艺、模压成型工艺和最新的Flex成型工艺在碳纤维复合材料（CFRP）风电叶片的应用进展。通过结合国内外风电的研究现状,分析了CFRP在风电领域的应用与发展。     

FRP在大型风力发电机叶片中的应用

介绍树脂基复合材料在大型风力发电机叶片中的应用。玻璃纤维增强塑料(GFRP)一直是风力发电机叶片的主要材料,但随着对大功率、长叶片需求的不断增加,GFRP风机叶片在强度和轻量化方面已经不能适应使用要求,因此采用强度比GFRP高几倍的碳纤维增强塑料(CFRP)可有效解决因长度增加引起的叶片质量增加的问题,使设计更加合理和安全。同时也分析了复合材料风机叶片制造工艺的发展过程和应用前景,另外还对该叶片的发展趋势等问题进行了探讨。     

高密度聚氨酯硬泡塑料／玻纤粉复合材料的研究

以聚醚多元醇、PAPI、催化剂、发泡剂和玻璃纤维等为原料,制备高密度聚氨酯硬泡及它与磨碎玻纤粉的复合材料。研究了不同密度硬泡的强度及磨碎玻纤粉粒径、预处理及其含量对复合材料强度的影响,不同复合材料的热稳定性。结果表明,随着密度的增加,硬泡的各种强度值总体上均呈逐渐增加趋势,其中500kg/m^3的聚氨酯的拉伸强度比200kg/m^3的提高了104．74％,冲击强度提高了194．84％;400目粒径的玻纤粉可使复合材料具有更高的拉伸强度、弯曲强度及压缩强度;玻纤的加入将降低材料的强度值,但偶联剂预处理可使它们有所改善;加入磨碎玻纤粉后,材料的热稳定性增加,且采用偶联剂KH550对玻纤粉进行预处理可进一步改善复合材料的耐热性能。