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风电行业轻量化材料的发展之路—低成本、可工业化——杜秋萍/总经理助理

2017-04-24 浏览数:741

  各位来宾、各位领导,同仁,大家下午好!很高兴能有这个机会跟大家一起在这春风徐徐的3月相聚在泰山之首。国内风

  各位来宾、各位领导,同仁,大家下午好!很高兴能有这个机会跟大家一起在这春风徐徐的3月相聚在泰山之首。国内风电从2005年发展以来经历了起起伏伏,到现在这个阶段叶片已经从之前的30多米发展到60多米,重量从之前的10多吨上升到30多吨。在这个情况下叶片对于轻量化的要求已经迫于眉睫,从而对材料提出了新要求。我们针对各类需求进行了一个探索,同时汇总到织物上,主要是可以分成几个部分,这就是我们今天的一个目录,首先是一个低成本的织物;第二是一个轻量化的织物;第三如何实现低成本织物的工业化的批量化生产。
  大家看到这张图上面有三个织物,蓝色的线是我们大梁上经常用的普通的E-Glass系列,绿色的是大梁上用的高模织物系列,这两个织物是现在风电上常用的两个规格。黄颜色的是我们现在正在主推的产品,就是高模高克重的织物,它是通过织物纤维含量的增加提升产品的性能,从而达到了它的一个性能的提升。但是它的价格并没有比高模织物增加,所以这个产品目前是现行的整个E-Glass系列里面相对比较直接,而且是效果比较优异的一个产品。这个产品的性能规格这些就是今天泰山的刘总也在上午的PPT里面做了一些详细的描述,所以我在这里就不一一的详细叙述它了。
  另外一个低成本织物就是我们的碳玻混编织物,它可以放在0度也可以放在90度,还可以放在正负45度,它的轴向、方向、克重都是可以设计的,可以通过你的设计去达到你所需要的一个模量,所以它的有一个特性就是它的可设计性,这个是我们自己的织物做出来的一个测试数据,分别是加了7%的碳纤、11%、14.33%的碳的状态。光从7.7这个状态来讲呢,它的整个模量的提升就比原来的高模玻纤提高了将近20%,达到了现在高波玻纤所不能达到的一个模量级水平。后面当然是随着碳纤维比例的增长越多,模量会越高。
  从这个图就很明显了,左边一个是我们的一个广义的材料图,这里面有一些陶瓷、金属件、木桶、海绵、橡胶这些,中间这个部分就是属于复合材料,实际上复合材料还是有很多种。但我们现在这里主讲的是属于玻纤碳纤这一类的复合材料,这一类产品由于玻纤和碳纤的本身材质跟性能的差异,所以在这个复合材料范围内,玻纤和碳纤中间的空白区还是很大的,所以我们用了碳玻混编这个方式填补这个空白。从右边的图看黄色的线是当时我们用碳玻混编的数据理论记出来的一条线,所有的黑色点点都是我们实际测试出来的结果,也就是说我们的测试结果跟我们的理论值基本上是非常符合的,所以这个碳玻运用它的一个混编的效益达到了它整个填补碳纤维跟玻纤之间的空白,并且远比我们想象的要大得多。
  这个肯定大家都会想,碳纤跟玻纤是两个不同质地的产品,这个产品延伸率都不一样,你怎么保证它的延伸界面没有问题,不会产生失效这种状态?这个就是我们针对这两种产品分别在不同的温度下,零下40度、常温、50度及80度下面做了一个失效测试,蓝色的是我们现在在做的玻璃纤维,黄色的是我们碳玻混的状态,从这个图上碳玻混在每一个温度下呈现的状态下都没有比玻纤差,也就是没有我们想象的会层间失效的。
  同样大家还要关注疲劳,静态提升了疲劳没有提升这个产品是没有用的。这两张图也是我们实际测试结果图,左边这一张是我们拉拉疲劳的,右边是拉压疲劳的。从这个层面来看在相同应力水平下面,碳玻混的疲劳状态比玻纤要好10-20倍,从拉压的图上来看呢,碳纤在高应力水平下面,应力水平越高实际上它所表现出来的这个斜线越平稳,也就是说它的疲劳会更好。在这个上面我们就可以明显看出它跟玻纤明显拉开差距。这个基本是碳玻混的一个特性,解释了一些最基本的疑问。我们为什么要把碳玻混放成低成本的一个产品,因为从整个织品蛋品来看成本来看远远高于玻纤的,但是实际上从综合的性能来看,从整机整个效率来看它的成本实际上是低的,因为它是达到了玻纤所不能达到的水平,但是在你玻纤所不能达到的水平里面如果直接使用碳纤维,那这个碳纤维成本太高的情况又下做了一个填补,所以综合来讲它的成本是低的。
  第二部分来讲轻量化,其实宏除了编织玻璃纤维织物、碳玻混的织物,它还编织比如说超高强聚乙烯,碳纤维织物。发这个是我们之前编织的一款用于单项布的大梁,做出来的玻璃钢性能是121个吉帕,所以从我们刚刚看的几种织物类别推出来常州宏发的一个状态,它的整个产品系列是这个样子的。第一个它是从42-48.5这个常用的玻纤织物的系列,还有48-51的高模高克重的玻纤系列。然后这个以上的就是55吉帕和120吉帕的系列,整个风电的产品链提供了一系列整个完全的匹配。同时除了这个以外,我们可以跟您的设计要求以及模量要求,去匹配织物的类型以及方向,就是它的编织方向以及它的克重的选型,这也从另一个程度诠释了叶片设计、模量跟强度的方向去匹配整个解决方案。
  除了那些织物我们也是应客户的要求在开发一个拉挤片材的产品,也是为大梁做服务的。目前这个事情正在做的过程当中,这个拉挤的片材与织物相比用在大梁上以可减少用料,而且简化了铺层,提高了自动化,同时降低了铺层的出错率。同时我用拉挤片材以后减少了铺层时间、灌注时间、固化时间,从而达到提高效率的效果。另外拉挤的这个状态是用了拉挤的方式对玻纤的性能进行了一个直接性的极限提升,所以它从另外一个角度上为叶片降低了一个重量。
  下面这个就是我们所做的一个对比测试。所以从前面几个部分来看,我们刚刚说的低成本、轻量化所有的织物都是可以运用于叶片的各个方向,包括它的纯碳的,拉挤的,整个织物就是叶片结构上的东西都可以用到。所以这个大概是一个轻量化跟低成本织物的介绍。
  下面就是我们来看,因为光有低成本、轻量化的织物,如果不能把它可控的、有效的转化为你的工业化的批产的产品,最终还是不能应用到你的产品当中的。因为宏发不光是做一个织物的厂家,它的所有的精编的设备都是他自己自主研发并且制造的,所以宏发针对如何去保证我们的低成本、轻量化的产品去达到这个状态,达到这个效果,我们针对这个做了整个研制了专门针对织物车间的一个智能化的生产系统,它从订单的预测到订单下达、生产计划的排产,以及原材料采购,车间的优先排产以及备货发货,一直到入库所有的整套系列进行智能化的管控,从而使我们在整个的管理状态里面达到降低运营成本,提高生产效率,并且降低出错率的一个状态,这个是我们一个智能化的生产系统,同时相对应这个生产系统我们还针对性的去做了一些智能化的装备,这个装备它是针对于比如说原纱,原纱在线检测,包括是产品质量的一个在线检测,比如说它的瑕疵,它的张力,它的异物,断头、断纱,包括其它的状态,包括设备的整个自停或者自学习的一个状态的设备,它用这三种类型的设备是我们目前在研发,并且准备要运用到我们的产品类别里面去的。通过这种设备的感知去接入到我们的状态感知网,然后输入到我们的高速精编机里面,通过它来制造,同时通过K3以及MES系统实现它的物联网状态。最后在这方面输出你所需要的东西,包括你所要控制的这些东西。当然这个就是说智能化的一个装备这一块,我在这块是比较不专业的,所以我可能不能很详细的给大家描述的很清楚,说某些产品的优势跟特点在哪里。但是我们东西基本上今年或者明年的时候会实现,所以就届时可以欢迎大家也到我们公司去看一看,大家一起相互的交流一下。
  基本上我的PPT就是这样,如果有不妥或者讲的不到位的地方还请大家谅解。

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