风电叶片用复合材料二次粘接影响因素分析

作     者：刘世扬 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李炜;贾智源

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：粘接 二次粘接 二次灌注 拉剪强度 剥离强度 破坏形貌 

摘      要：风电叶片是风力发电的主要部件,风电叶片主要原材料是玻璃纤维树脂基复合材料。叶片生产时通常将预制好的主梁帽放置在叶片蒙皮玻纤布上,然后用真空袋密封并抽真空,通过VARTM工艺导入树脂并加热固化,主梁帽和蒙皮之间的粘接过程是伴随蒙皮用树脂的固化完成的。即主梁帽和蒙皮之间树脂粘接过程和蒙皮固化成型是同时进行的。这是叶片用复合材料树脂粘接部分,也被称为二次粘接。主梁帽和腹板之间、叶片合模时上下缘叶片之间是直接将结构胶涂抹在已经成型固化好的玻璃钢表面,然后对模具进行加热,促进结构胶固化完成结构胶粘接过程。这两种粘接都是风电叶片用复合材料之间的粘接。由于复合材料粘接后很难检测粘接质量,粘接强度本身也会受到很多因素的影响,而叶片一般要求使用寿命达到20年,可以说对叶片用复合材料粘接提出了非常严苛的要求,所以研究叶片粘接问题就显得尤为重要,本轮文的研究内容也是根据实际生产情况提出的。本论文主要研究树脂粘接和结构胶粘接这两部分。搭接形式统一为单搭接,搭接长度为12.5mm,搭接宽度为25mm,通过测试单搭接样条的拉剪强度和等效剥离强度表征粘接强度。树脂粘接部分,研究基板材质、中间辅助层处理、脱模布表面处理和树脂后固化程度对粘接强度的影响。环氧树脂、乙烯基酯和聚氨酯拉挤板自身单搭接并用环氧树脂进行粘接,最后测试粘接强度。得到拉挤板内脱模剂和光滑表面造成粘接强度非常低,拉挤板无法正常粘接的结论。拉挤板之间添加轻质玻纤布夹层处理,测试粘接强度的变化。结果表明中间辅助层有效去除了空树脂区,大大增加了粘接强度。使用尼龙、聚酯和聚四氟乙烯脱模布作为表面处理时,得到尼龙脱模布粘接强度最高的结论。选用5种不同固化程度的树脂作为粘接剂,测试不同固化程度树脂的粘接性能,得到固化反应后期固化反应最快,粘接强度提高迅速的结论。结构胶粘接部分,分别研究结构胶可操作时间、结构胶配比和固化程度对粘接强度的影响。结构胶30℃混胶后静置180min,中间每隔30min测试一次结构胶玻璃化转变温度和单搭接试样粘接强度,得到粘接强度随静置时间的延续先增加后降低的规律。测试结构胶主剂固化剂质量比从100:40到100:50范围内的粘接强度,得到配比为100:47.5时粘接强度最大的结论。对结构胶进行不同后固化处理,得到不同固化程度的粘接强度并测试不同固化程度的结构胶粘接能力,结果表明结构胶固化程度增加带来粘接强度增加,同时结构胶固化强度超过一定范围后胶体本身呈现脆性,所以应适当增加固化程度。