復(fù)合材料真空灌注過(guò)程局部維修的可行性分析

吳彥波，瞿 立，常軍委，宋 偉，曹均強(qiáng)，楊靜浩，龍朝勇

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

1 研究概述

復(fù)合材料真空灌注過(guò)程具有不可逆性。由于灌注輔材布置不合理或抽氣動(dòng)力異常等情況，容易造成制品局部區(qū)域無(wú)法灌透，從而形成半干紗或干紗[1]的缺陷，甚至?xí)斐烧麄€(gè)產(chǎn)品報(bào)廢。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種有效的解決方案：通過(guò)針孔注膠浸潤(rùn)干纖維區(qū)域，用于灌注過(guò)程中對(duì)局部即將形成的產(chǎn)品缺陷進(jìn)行補(bǔ)救，避免產(chǎn)品形成質(zhì)量缺陷。通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M復(fù)合材料灌注過(guò)程中灌注異常的情形，采用注射器進(jìn)行手動(dòng)注膠，同時(shí)制作用于對(duì)比的空白樣品(表 1)。固化后切割樣品，觀(guān)察是否存在界面、分層、干纖維等情況。測(cè)試力學(xué)性能、含膠量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[2]。與同等條件下真空灌注的玻璃鋼對(duì)比，驗(yàn)證針孔注膠方法的可行性。

表1 灌注對(duì)比方案Tab.1 Injection comparison scheme

2 材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)材料清單如表2所示。

表2 材料準(zhǔn)備清單Tab.2 List of materials

3 試驗(yàn)過(guò)程

3.1 模具處理

清理干凈平臺(tái)模具，打 2遍脫模劑，間隔15min。

3.2 鋪脫模布

在腹板模具表面，對(duì)稱(chēng)鋪覆 2層脫模布，長(zhǎng)度2m，幅寬1.1m，并噴膠固定，防止滑移。

3.3 鋪玻纖布

鋪放 4層泰山高模玻纖 S1-UD-1200，長(zhǎng)度2000mm，寬度650mm。共2組，一組用于針孔注膠試驗(yàn)，一組用于比對(duì)。

3.4 鋪脫模布

在玻纖布上表面鋪 1層脫模布，將布層全部包裹，并噴膠固定，防止滑移。

3.5 鋪隔離膜

在脫模布上表面鋪 1層隔離膜，覆蓋全部布層，不允許搭接。

3.6 鋪導(dǎo)流網(wǎng)

在隔離膜上表面鋪放 1層導(dǎo)流網(wǎng)，長(zhǎng)度 2m。弦向：一側(cè)超出布層邊 200mm，另一側(cè)裁剪出 66mm×166mm(寬×長(zhǎng))的減速區(qū)，并在導(dǎo)流網(wǎng)上粘貼密封膠條防止樹(shù)脂流速過(guò)快，導(dǎo)流網(wǎng)不允許搭接、拼接。

3.7 放置VAP抽氣袋

在非灌注擋邊一側(cè)布置真空VAP抽氣袋(2m)，抽氣袋與纖維布的區(qū)域搭接 150mm，抽氣袋頂端安放三通抽氣口，超出非灌注側(cè)擋邊50mm。

3.8 安裝進(jìn)膠管道，抽氣管道

在灌注側(cè)布層邊緣鋪放Φ25mm的Ω管。

3.9 粘真空袋

包雙層真空袋，檢驗(yàn)真空合格后進(jìn)行灌注。

3.10 灌注過(guò)程

環(huán)境溫度 23℃；濕度 42%。準(zhǔn)備 2桶 20kg樹(shù)脂，脫泡后灌注。灌注 1h后，進(jìn)行針孔注膠，每次的注膠量控制在 14mL，針頭用密封膠條包裹，插入不宜過(guò)深，見(jiàn)圖 1。針頭插入的注膠點(diǎn)要在樹(shù)脂流動(dòng)前峰內(nèi)，拔出時(shí)用真空袋包裹密封膠按壓注射位置，并快速拔出針頭，防止漏氣。層壓板提前畫(huà)出試樣尺寸與注膠位置，注意針孔注膠點(diǎn)定位在試樣中心，見(jiàn)圖2。

圖1 注膠過(guò)程Fig.1 Injection process

圖2 注膠位置Fig.2 Location of injection

3.11 固化條件

電熱毯加熱固化70℃，保溫5h。

3.12 脫模及制品處理

待制品完全固化后，揭開(kāi)棉被自然或輔助降溫，溫度≤40℃方可脫模。將兩側(cè)飛邊、毛邊打磨掉。試驗(yàn)件沿針孔注膠位置劃線(xiàn)切割，觀(guān)察是否存在界面，取樣測(cè)試含膠量與TG值。力學(xué)性能試驗(yàn)件沿劃線(xiàn)位置切樣，保證針孔注膠有效試樣 7個(gè)，真空灌注有效試樣7個(gè)。

4 試驗(yàn)結(jié)果

將針孔注膠位置劃線(xiàn)切邊后，觀(guān)察發(fā)現(xiàn)無(wú)界面、分層、干纖維等情況，樹(shù)脂與纖維結(jié)合性能良好。

制作拉伸試件 250mm×15mm×3mm，粘接加強(qiáng)片，每組試樣取 5個(gè)有效值，如圖 3測(cè)試抗拉強(qiáng)度、拉伸模量[3]的平均值、含膠量、TG 值與葉片原材料進(jìn)料驗(yàn)收技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比見(jiàn)表3。

圖3 拉伸性能測(cè)試Fig.3 Tensile test

表3 測(cè)試結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison of test results

5 結(jié) 論

測(cè)試結(jié)果表明，針孔注膠得到的復(fù)合材料各方面性能均能達(dá)到原材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度和模量較標(biāo)準(zhǔn)值偏大。這是由于試樣厚度較小，干態(tài)纖維織物鋪疊后，其理論厚度為 3.356mm，但是因干態(tài)織物呈蓬松狀態(tài)，層間存在間隙，經(jīng)真空袋壓實(shí)后，間隙減小，纖維束發(fā)生相互嵌套，厚度下降，層合板的實(shí)際厚度為 3mm，造成玻璃鋼的纖維體積含量增高，使其拉伸強(qiáng)度和模量增大。

針孔注膠后的區(qū)域與正常真空灌注得到的復(fù)合材料制品各方面性能相近，符合力學(xué)性能要求。因此該方案具有一定的可行性。