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CWPC2018新材料、新技术:戴铂新材料(昆山)有限公司中国区技术经理曾鸣——《泡沫芯材表面处理的优化对叶片制造综合成本和效率的影响》

2018-03-31 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:739

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
 
  戴铂新材料(昆山)有限公司中国区技术经理曾鸣在新材料、新技术专场做了题为《泡沫芯材表面处理的优化对叶片制造综合成本和效率的影响》的演讲。以下为演讲内容实录:



戴铂新材料(昆山)有限公司中国区技术经理曾鸣
 
  今天上午很多同行和专家都介绍了随着叶片越来越大的趋势,材料需要精益增效,生产需要精益增效,配合2020年的风火同价的大趋势。作为芯材供应商,戴铂一直作为芯材方面的专家对泡沫芯材、砧木以及PET芯材等进行深入研究,提供综合的解决方案。下面我的介绍分为四部分:
 
  一、芯材真空导流技术
 
  真空灌注应用在叶片应用以前,在很多行业都应用。1999年,戴铂在上世纪在灌注方面就做了很多研发,但当时是传统的,对造船和其他工业领域。当时使用真空灌注工艺的目的是减轻重量,减少模具占用时间,而且减少耗材应用量。戴铂地区的灌注特点是芯材灌注,是利用泡沫上的芯材打孔灌注树脂,不需要导流网和其他的介质,通过布管方案,介绍了灌注量。二十年前我们为客户提供了很多培训、设计和现场工人的工艺培训方面的服务。
 
  直到最近十年,它在风电上得到了应用。至今为止有一个细节在行业内部还没有得到太多人的关注,就是表面处理方式的优化对关注工艺对成本的影响。芯材灌注工艺的特点就是槽孔处理来作为树脂流动的通道,导流网对树脂的流动阻力更小,树脂的流动距离比导流网的传递更远,而且减少了管道的数量,进一步降低了耗材的用量和对应的峰值。
 
  二、芯材表面处理树脂用量
 
  提到灌注工艺对树脂的消耗量,我们进行了非常细的界定,首先是树脂的消耗量。消耗量的定义上分为三部分:一是芯材是泡孔结构,虽然是闭孔结构,但对芯材表面切开半开的微孔会有吸收,目前在65微米的孔上比传统有很高的吸收量。第二部分是填充芯材槽孔的树脂量。第三部分是管路和耗材中的用量,包括导流网、管路等消耗,我们称之为树脂消耗总量,这不包含纤维铺层的树脂用量,这个和芯材的处理没有太大关系的部分,而且也没有办法改变的。
 
  我们在叶片双曲面结构中,经常看到的泡沫芯材和轻木的夹型包含了两种方式:一是切缝,切缝也是轮廓板,轮廓比较深,主要是形成轮廓板的曲面;二是浅槽打孔,左边是为了随型的要求。
 
  看看两种工艺有什么影响。这是25mm叶片上经常用的60密度的PVC项目,在我们公司代码是H60,这是常用叶片上的产品。如果芯材的总量按密度是150kg/㎡,树脂的消耗量单面是1mg。灌注之后是2.5公斤,我们关注一下重量。
 
  轮廓板利用同样的面积,重量稍微降了一点,因为切割的损耗从1.5降到1.4,它从2平方增加到3平方,这带来了树脂在表面的消耗从刚才的1kg/㎡上升到2kg/㎡。这个是没有打孔,树脂为了填充这个空间需要增加2.1kg填充,这样2.5kg加上2.1kg,平板是1.0kg,打孔之后达到了4.6kg,希望大家关注这些数字。最近我们在客户中开展了工作,就是希望把4.6继续下降,下降到合理水平。树脂消耗总量包含了芯材表面吸收量、芯材树脂消耗量、导流网上耗材的消耗量。
 
  三、叶片制造工艺的优化
 
  根据生产消耗,我们提出了优化的想法。我们都很清楚壳体是沿着长度方向曲率变化比较小,沿着宽度和舷向比较大的几何造成。所以,通常来讲树脂灌注的时候,导流管方向是水平叶片方向,流管方向是垂直叶片或者随着叶片流动。根据这样的特点,为什么要用双向的导流槽提供流动,其实单向的导流槽完全可以满足叶片灌注的要求,所以采用单向,这是可以垂直。大多数面积是单向弯曲,所以叶片沿着叶片长度切,我们称之为单曲面的轮廓板,这两个部分正好是垂直的。
 
  浅槽可以浅项开。所以表面处理的优化选择很简单,原则上就是去处不需要的切缝和槽孔,减少额外的体积和暴露面积对树脂的吸收,根据取率的特点选择合理的特点,最后是根据灌注工艺树脂流动的需要选择浅槽的打孔方式。同时我们可以选择单向开浅槽的方式,就可以免去导流网的消耗。
 
  优化时需要考虑的问题:一是叶片结构设计,这是我们经常遇到的阻力,我们开辟了叶片结构方式;二是叶片重量,我们减少重量,就是叶片还在窗口范围内;三是芯材套材设计和成本以前是90度的开槽,现在是单向开槽,芯槽消耗就会降低一些;四是耗材的使用、树脂的消耗;五是灌注时间和占模时间有改进;六是工时会下降。
 
  我们在做优化项目的时候,希望和客户和叶片客户的采购、质量、生产、结构设计、研发五大部门一起磋商,制定共同的优化目标。
 
  四、优化案例
 
  案例:这是我们和一个欧洲客户表面处理优化合作的案例,这是优化轻木和泡沫的表面处理方式,降低树脂消耗量,减少辅料。我们采用的是轻木泡沫混合芯材叶型,我们计算时容易忽略的因素是局部曲面切缝张角,我们公司做了软件,把各种因素都考虑进去,做到精准的理论值计算。
 
  我们1-2.2米到11.8-14.2米两个方式验证壳体两个局部分段模具上的全宽度验证试验,推进树脂流动完整度和纤维浸润程度,然后是首只壳体试制,然后进行试制,在这样的案例上我们保留了局部导流网,这个地方没有芯材还是全导流网覆盖,但是在其他的芯材区域已经做到了免复材,没有导流网,结果是非常成功的。
 
  最后的结果统计是树脂消耗总量减少了7%,导流网用量节省了65%,灌注时间减少了20分钟,耗材铺放和情理时间减少了30分钟,单之叶片降本呈递了600欧元。其他的成本还没有计算进去。
 
  五、创建项目
 
  创建项目要业型选择、壳体腹板部件选择,确认制约因素,选择合理的优化方案理论计算、试验和试制,论证实际值和理论值的差异。但这里强调的是无论怎么优化,有一个最大的原则是要保证批量生产的稳定和质量的稳定。
 
  六、戴铂概况
 
  戴铂是六十多年研发制造高性能三明治夹芯复合材料及体解决方案的经验,总部在熔点,全球有7个生产基地,有6个销售子公司,有本地的支持团队,我也是负责本地支持的技术经理。全球分布情况在各个地区都有生产基地和销售分公司,在中国是在江苏的昆山和张家港,距离这里不远,希望各位同仁有机会可以到我们这里考察交流。
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

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