隨著葉片的尺寸越來(lái)越大，完全用玻璃纖維制造的葉片也將變得越來(lái)越重。假如采用玻璃纖維和碳纖維的混合結(jié)構(gòu)，比如用碳纖維來(lái)制作主梁等重要承載部件，則可以大大降低葉片的重量。初步推算，對(duì)于70m長(zhǎng)的葉片，假如采用碳纖維主梁設(shè)計(jì)，葉片重量相比完全的玻纖設(shè)計(jì)能降低30%左右。隨著葉片的尺寸越來(lái)越大，使用玻纖和碳纖混合結(jié)構(gòu)的葉片性價(jià)比也能漸漸接近純玻纖葉片，甚至更優(yōu)。碳纖維真空灌注工藝由于材料的固有特征，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的辨別和控制難以把握，所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也比采用碳纖維預(yù)浸料大得多。因此，采用碳纖維預(yù)浸料制作主梁相對(duì)于真空灌注工藝質(zhì)量更加穩(wěn)固可靠，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)更低。
碳纖維預(yù)浸料儲(chǔ)存及溫度控制
一樣平常情況下，碳纖維預(yù)浸料是一種低溫固化預(yù)浸料，遵循常規(guī)的預(yù)浸料固化機(jī)理。在不同溫度條件下必要不同的固化工藝條件，溫度越高反應(yīng)固化時(shí)間越短。因此碳纖維預(yù)浸料在運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)等環(huán)節(jié)都必要冷藏，冷藏溫度越低保質(zhì)期越長(zhǎng)。運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)裝備有溫濕度記錄儀，在工廠接貨時(shí)應(yīng)同時(shí)接收記錄儀器并對(duì)運(yùn)輸過(guò)程的條件進(jìn)行檢查確認(rèn)，同時(shí)對(duì)剩余保質(zhì)期做出評(píng)估，以便制訂后續(xù)的存儲(chǔ)和使用計(jì)劃。假如企業(yè)忽視了接貨時(shí)的確認(rèn)工作，這將是一個(gè)偉大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，由于碳纖維可能在運(yùn)輸途中已經(jīng)大大折損了壽命期限，并可能在使用前報(bào)廢，從而給企業(yè)帶來(lái)偉大的經(jīng)濟(jì)損失。
碳纖維預(yù)浸料的使用解凍
碳纖維預(yù)浸料在使用之前應(yīng)充分解凍，激活預(yù)浸料的粘性以達(dá)到肯定的工藝性能。一樣平常對(duì)解凍的溫度時(shí)間都有明確的要求和控制，溫度太高可能折損碳纖維的使用壽命或直接導(dǎo)致產(chǎn)品固化進(jìn)而喪失使勤奮能，溫度太低則遲遲達(dá)不到使用的要求性能。應(yīng)打開(kāi)產(chǎn)品外包箱，將碳纖維預(yù)浸料完全暴露在加熱環(huán)境中，整個(gè)過(guò)程準(zhǔn)時(shí)測(cè)量產(chǎn)品外觀溫度，最終要將材料的溫度提拔至室溫或工藝要求的適合溫度。只有解凍完成的碳纖維預(yù)浸料才會(huì)具備肯定的粘度，而合適的粘度是碳纖維預(yù)浸料鋪設(shè)性能的關(guān)鍵影響因素。
鋪設(shè)工裝的設(shè)計(jì)及運(yùn)用
碳纖維預(yù)浸料主梁的鋪設(shè)必須借助工裝，以確保鋪設(shè)質(zhì)量的均勻性和穩(wěn)固性。主梁的型面取決于葉片的型面，其每每是扭角轉(zhuǎn)變的，因此鋪設(shè)工裝的軌道設(shè)計(jì)應(yīng)保證工裝的行走路線與大梁的扭角轉(zhuǎn)變相匹配，以確保每一層的預(yù)浸料都能夠以對(duì)稱中間重合的體例堆疊在模具上。否則，鋪設(shè)過(guò)程中預(yù)浸料會(huì)漸漸偏離鋪設(shè)區(qū)域，造成不可接受的鋪設(shè)位置誤差。
碳纖維預(yù)浸料的鋪設(shè)
鋪設(shè)前先檢查環(huán)境和模具的溫度，以確保達(dá)到工藝要求的參數(shù)。首先模具外觀必要鋪設(shè)一層脫模布，脫模布必須為一塊整布，不能有任何搭接或?qū)樱樦＞叩男兔鎸⒚撃２纪耆珦崞?、貼實(shí)在模具外觀，可以采用適量的噴膠固定。細(xì)致檢查確保脫模布肯定貼實(shí)模具外觀，無(wú)褶皺。脫模布是基礎(chǔ)，但由于其是輔材每每不受正視，一旦基礎(chǔ)沒(méi)打好，可能會(huì)造成碳纖維預(yù)浸料的褶皺，帶來(lái)無(wú)法挽回的損失。
碳纖維預(yù)浸料一樣平常隨著導(dǎo)氣紗一同鋪設(shè)，以加強(qiáng)在固化階段的導(dǎo)氣性能，對(duì)削減產(chǎn)品的孔隙率大有幫助。但是第一層預(yù)浸料一樣平常不必要鋪設(shè)導(dǎo)氣紗，以保證其與脫模布的粘接牢固，確保在后續(xù)的預(yù)浸料鋪設(shè)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。預(yù)浸料由于生產(chǎn)的緣故原由，即便是進(jìn)口的產(chǎn)品也可能存在干纖維的情況。因?yàn)樘祭w維是黑色的，所以有沒(méi)有浸漬樹(shù)脂顏色并無(wú)顯明區(qū)別，由于光線反射的不同細(xì)心檢查的話照舊能發(fā)現(xiàn)的。所以，必要對(duì)鋪設(shè)完的每一層預(yù)浸料都要周全、細(xì)心檢查一遍，并對(duì)任何干纖維的地方進(jìn)行檢查記錄。對(duì)于如許的情況，應(yīng)及時(shí)與供給商取得聯(lián)系，快速?zèng)Q定是替換照舊繼承使用，由于小面積的干纖維在后期加熱樹(shù)脂產(chǎn)生流動(dòng)性時(shí)可以被浸潤(rùn)。對(duì)于面積的限制必要前期的相干試驗(yàn)并結(jié)合供給商的相干數(shù)據(jù)提前給出，以免在發(fā)生題目時(shí)不知所措，也提示我們?cè)诓少?gòu)的技術(shù)條目中應(yīng)細(xì)致此類(lèi)題目的界定。
對(duì)于每層碳纖維預(yù)浸料的肇端位置，應(yīng)使用美工刀裁切并趁熱打鐵，確保裁剪的連貫性和劃一性。這時(shí)候不能用剪刀裁剪，由于剪刀裁剪的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生數(shù)次停留，每一次停留會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小缺口，每一個(gè)小缺口位置都可能會(huì)成為一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品的性能帶來(lái)不利的影響。
鋪設(shè)過(guò)程中必要記錄、監(jiān)控每一層的預(yù)浸料溫度，確保其知足工藝參數(shù)要求。其實(shí)對(duì)溫度的嚴(yán)苛控制目的是保證預(yù)浸料具備合適的鋪設(shè)黏度，這在前面的內(nèi)容中也有提到。一旦哪一層預(yù)浸料黏度出現(xiàn)非常，可能會(huì)導(dǎo)致其與上一層之間的粘合度降落，也就是說(shuō)兩層之間可能存在不粘合的征象，即產(chǎn)生了“懸空”。隨著后續(xù)鋪層的增長(zhǎng)，“懸空”的這層預(yù)浸料在鋪設(shè)工裝壓輥的反復(fù)作用下可能會(huì)產(chǎn)生褶皺。隨著后續(xù)鋪層的增長(zhǎng)，皺褶被漸漸放大，直至顯明到被視力檢查發(fā)現(xiàn)，但這時(shí)每每為時(shí)已晚，造成了返工和材料的虛耗。因此每層預(yù)浸料鋪設(shè)之后的貼覆情況也是作為過(guò)程質(zhì)量控制必不可少的一項(xiàng)。
按照鋪層計(jì)劃鋪設(shè)完所有預(yù)浸料之后，就可以建立真空體系，首先是鋪設(shè)脫模布覆蓋整個(gè)預(yù)浸料，脫模布將為產(chǎn)品提供粗糙的適合粘接的工作面。接著鋪設(shè)隔離膜，以控制樹(shù)脂析出量并保證透氣氈等輔材能輕易從產(chǎn)品外觀移除。之后，整個(gè)外觀鋪設(shè)透氣氈，真空袋。透氣氈連接真空體系，將固化過(guò)程中體系內(nèi)的氣泡帶離產(chǎn)品。貼著真空袋要布置熱電偶，熱電偶用于固化過(guò)程的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量，并根據(jù)實(shí)時(shí)溫度對(duì)固化制度作出修訂調(diào)整。最后使用保溫層覆蓋整個(gè)模具外觀，為固化提供優(yōu)秀、均勻的溫度保證。因?yàn)榇蠖嗟哪＞叨际请娂訜狍w系，模具內(nèi)置了用于反饋溫度旌旗燈號(hào)的熱電偶，假如模具某個(gè)位置的熱電偶區(qū)域覆蓋不好，或沒(méi)有覆蓋，將會(huì)導(dǎo)致這個(gè)位置熱電偶持續(xù)給加熱控制體系反饋持續(xù)加熱的旌旗燈號(hào)，造成其他位置的過(guò)度加熱，對(duì)產(chǎn)品和模具都會(huì)帶來(lái)肯定的危險(xiǎn)。
還有一點(diǎn)也要引起細(xì)致，有人認(rèn)為在鋪設(shè)真空體系的過(guò)程中應(yīng)在預(yù)浸料的兩邊放置擋邊以保證產(chǎn)品邊緣的劃一和外形。但因?yàn)閾踹叺母叨群茈y控制，這也將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。假如擋邊高度稍微低于主梁的厚度，那么基本上不會(huì)影響邊緣的外形。假如擋邊高出主梁厚度，那么固化后主梁邊緣將會(huì)產(chǎn)生向上的卷邊征象，這將帶來(lái)緊張的應(yīng)力集中題目。其實(shí)因?yàn)樘祭w維預(yù)浸料采用工裝鋪設(shè)，每一層鋪設(shè)都有特別很是正確的重合性，即使不用任何擋邊，固化后產(chǎn)品的邊緣也可以保持特別很是平整。
碳纖維主梁預(yù)浸料固化
必要根據(jù)碳纖維預(yù)浸料的特點(diǎn)和說(shuō)明，設(shè)定適宜的固化制度。每種預(yù)浸料的固化溫度和持續(xù)時(shí)間即固化曲線可能不盡雷同，但是遵循著同樣的固化原理，基本上分為三大階段。第一階段是升溫至樹(shù)脂融流狀況，然后維持肯定的時(shí)間。這個(gè)溫度條件下不足以引起產(chǎn)品的快速固化，但是樹(shù)脂呈現(xiàn)融流的狀況，隨著樹(shù)脂的流動(dòng)，整個(gè)產(chǎn)品的含膠量趨于均勻化，并且小的干纖維在這一過(guò)程也得到充分的浸潤(rùn)。同樣，隨著樹(shù)脂的流動(dòng)，在導(dǎo)氣紗的作用下預(yù)浸料中的氣體充分被帶動(dòng)并導(dǎo)出，最終被真空體系抽走，所以這一階段也是產(chǎn)品孔隙率保證的緊張階段。所以第一階段的溫度設(shè)定和持續(xù)時(shí)間特別很是緊張，除了從供給商獲得的技術(shù)支撐外，使用者也特別很是有需要進(jìn)行響應(yīng)的樣機(jī)試制，充分掌握工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)。第二階段是從第一階段升溫至固化溫度，并在這一階段內(nèi)維持肯定的時(shí)間。預(yù)浸料重要在這臨時(shí)間段內(nèi)發(fā)生固化反應(yīng)，完成放熱峰。因此這一階段的溫度設(shè)置首先應(yīng)能激起化學(xué)反應(yīng)，另外又不會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂放熱峰溫度太高。過(guò)高的放熱峰導(dǎo)致產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力大，收縮大甚至造成產(chǎn)品褶皺，也有損模具的壽命。第三階段是從第二階段升溫至后固化溫度，并在后固化溫度下維持肯定的時(shí)間。這一階段樹(shù)脂充分地完成交聯(lián)反應(yīng)形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。用于反應(yīng)聚合程度的玻璃化變化溫度在這一階段形成并達(dá)到要求。當(dāng)然這一階段的后固化必須要在放熱峰過(guò)后并回落到后固化溫度附近啟動(dòng)。
前文也有提到，這一過(guò)程必要充分地保證產(chǎn)品的覆蓋。環(huán)境溫度應(yīng)嚴(yán)酷地保持均勻。假如在模具外觀有局部的氣流流動(dòng)，比如車(chē)間門(mén)未關(guān)閉，導(dǎo)致冷氣流直接影響到靠近門(mén)的模具端頭。當(dāng)冷氣流在溫控?zé)犭娕忌狭鲃?dòng)時(shí)，熱電偶探測(cè)到模具溫度的降落，會(huì)向溫度控制體系做出反饋以獲得更多的溫度。這就會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域的產(chǎn)品溫度要高于其他區(qū)域，造成整個(gè)產(chǎn)品溫度的不均勻性，從而沖擊整個(gè)固化過(guò)程的溫度曲線設(shè)定。
碳纖維預(yù)浸料主梁的質(zhì)量檢驗(yàn)
對(duì)于碳纖維預(yù)浸料主梁，除了常規(guī)的尺寸、表面、玻璃鋼轉(zhuǎn)化溫度的檢驗(yàn)外，還必要進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)以檢驗(yàn)內(nèi)部是否存在分層、孔隙等缺陷。一樣平常孔隙率要求控制在1%以內(nèi)，超過(guò)2%的孔隙率就將對(duì)產(chǎn)品性能造成肯定的影響，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。超聲波檢測(cè)必要耦合劑，一樣平常用水來(lái)削弱聲波在空氣中的衰減，如許可保證聲波與材料達(dá)到最大程度的耦合。但是因?yàn)槭艿皆胍粑廴?、測(cè)量的方法、缺陷識(shí)別判定能力等多方面影響，每每測(cè)量效果自己的誤差可能也比較大。因此，用掃描電鏡對(duì)試成品的橫切面進(jìn)行觀測(cè)，計(jì)算孔隙率也是一種特別很是有用而且正確的增補(bǔ)手段。
結(jié)語(yǔ)
本文從原材料管理、工裝設(shè)備、模具、生產(chǎn)工藝過(guò)程等多個(gè)方面分析了碳纖維預(yù)浸料主梁的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及可能存在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，并針對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)提出了響應(yīng)的質(zhì)量控制方案和建議。同時(shí)，也對(duì)碳纖維預(yù)浸料主梁的檢測(cè)項(xiàng)目和手段做了相干介紹。