荷兰代尔夫特大学研究所用抽真空灌注技术

    风力发电机叶片通常由玻璃纤维增强环氧树脂制成,随着风电行业迅速发展,人们需要更省时间的生产工艺。如果能用一种热塑性塑料来替代环氧,这些叶片的制造就会快得多。荷兰代尔夫特理工大学在这方面取得了科研进展。
荷兰代尔夫特大学的Duwind研究所研发了一种使用APA6(阳离子聚酰胺)的工艺,此工艺以聚合物的形式置入模具之中,以反应混合物的形式置入,随后发生延迟的现场聚合,使单体(e-已内酰胺)聚合成高分子量的热塑性聚酰胺6(PA6)。该混合物粘度为10mPas(环氧粘度的十分之一),能比环氧快得多地流入模具,而且也能快得多地固化形成聚合物。

    研究人员测试了不同材料产品的强度,发现增强APA6的力学性能基本上与增强环氧一样好,甚至更好一些。但是,这些性能在材料干燥时才如此;而聚酰胺,吸水后,其性能低于环氧。研发人员把重点放在特殊的玻璃纤维浸润剂研发上,激活的玻璃纤维浸润剂能使聚合物链开始从纤维生长,使纤维与基体之间生成更强的化学键。特殊的浸润剂还导致更短的成型时间和更低的成型温度(从180℃降到150℃)据介绍,产品可以在30分钟后从模具内取出;但为了释放机械应力,产品在模具内多留了30分钟。尽管延长了退火时间,但此过程仍比环氧的6-8小时固化时间快。虽然对APA6需要多一点时间来加热模具以达到所需的更高温度,但可由更短的灌注时间来补偿。用了新的浸润剂,材料不仅变更更强,而且更紧的化学键还形成了对水分的更强壁垒,致使终制品吸水更少。即使被饱和,其力学性能至少也应与环氧相似。

    研究人员确认,采用APA6的生产工艺与采用环氧的工艺基本相同,风轮叶片制造商无需完全转换技术。制造过程仍然把纤维包覆的泡沫芯材置入模具内,然后加热模具,采用真空灌注法充入树脂。据介绍,新设计在叶片中部有一承受荷载的箱型段,叶片前端和后端用肋条加强。此设计与含泡沫芯材的传统环氧叶片相比,获得了减重3%―5%的效果。目前,纤维增强塑料叶片取得阶段性成果,还需要进行更多的试验,例如老化、大规模生产可行性、成本研究等。