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澳盛科技_张可可_拉挤主梁板材的关键性能研究.pdf

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1、1PageAosheng Hi tech12023/3/30拉挤主梁板材的关键性能研究江苏澳盛复合材料科技有限公司Jiangsu Aosheng Composite Materials Hi-tech Co.,Ltd.2PageAosheng Hi tech22023/3/30主要内容1 拉挤主梁的特点2 拉挤主梁板材的关键性能1)碳纤维上浆剂对拉挤板材性能的影响2)拉挤板材的0度方向性能3)拉挤板的层间断裂韧性mode I3 江苏澳盛能力及产品介绍3PageAosheng Hi-tech32023/3/30风电叶片拉挤主梁|特点拉挤工艺优点众多：更高的生产效率，更稳定可控的工艺，更高的纤维含

2、量，充分发挥单向材料的产品性能，给百米级风力机叶片的减重降载提供了有效的解决方案。需要关注拉挤板材的性能评价拉挤板材主要运用于作为叶片主要承力的构件主梁；拉挤工艺与叶片常用的灌注工艺有很大不同，生产出的材料本身性能的评价要求也有差异；碳纤维拉挤也在国内逐渐开始使用，碳纤维与玻璃纤维在材料特性上也有显著差异。纱架树脂槽拉挤模具控制面板计米器履带式牵引设备切割机收卷设备4PageAosheng Hi-tech42023/3/30碳纤维上浆剂对拉挤板材性能的影响|上浆剂的作用穿纱孔与模具入口处的毛纱环氧树脂液滴在与碳丝接触角随时间的变化（观察视角：平行于碳丝方向）碳纤维上浆剂树脂基体碳纤维与上浆剂

3、之间的交联上浆剂与环氧机体之间的交联上浆剂内部的交联树脂基体内部的交联上浆剂参与固化反应形成交联网络11.Wu Q,Zhao R,Zhu J,et al.Interfacial improvement of carbon fiber reinforced epoxy composites by tuning the content of curing agent in sizing agentJ.Applied Surface Science,2020,504:144384.保护碳纤维：防止收到水和化学物质的污染提高碳纤维性能上浆剂含量不足的碳纤维力学性能较差，拉挤过程中出现容易毛纱和断纱；上

4、浆剂能增加耐磨性，改善工艺性。增加碳纤维与树脂基体的粘合性提高表面能（易浸润），提供参与反应的基团（羟基，羰基，羧基等等）。1235PageAosheng Hi-tech52023/3/30碳纤维上浆剂对拉挤板材性能的影响|上浆剂对板材性能的影响不同上浆剂组分碳纤维表面AFM成像图11.Zhang R,Huang Y,Liu L,et al.Influence of sizing emulsifier content on the properties of carbon fibers and its compositesJ.Materials&Design,2012,33:367-371.当

5、上浆量偏高时一方面纤维束的柔软性降低，在受到弯曲等作用时，上浆剂会在纤维表面发生迁移而造成浆料凝聚，与树脂的结合性下降；另一方面随着上浆量的提高，上浆剂层的厚度增加，而上浆剂通常是未固化的树脂，固化后纯树脂层的强度不高，从而导致界面结合强度的下降。6PageAosheng Hi-tech62023/3/30拉挤板材的0方向性能|拉伸性能1.Kumar R,Mikkelsen L P,Lilholt H,et al.Understanding the mechanical response of glass and carbon fibres:Stress-strain analysis and

6、 modulus determinationC/IOP Conference Series:Materials Science and Engineering.IOP Publishing,2020,942(1):012033.单丝拉伸时真实应力应变曲线（分别取样150根）1玻纤与碳纤单丝拉伸结果不同规律单丝玻纤的拉伸性能复合线性规律，应力应变曲线显示为直线；单丝碳纤的拉伸性能有明显的非线性，随着应变提高碳丝模量变大，使应力应变曲线显示为一条向上扬的曲线；a 玻璃纤维b 碳纤维7PageAosheng Hi-tech72023/3/30拉挤板材的0方向性能|拉伸性能碳板与玻板的拉伸试验玻纤

7、拉挤板的拉伸性能复合线性规律，应力应变曲线显示为直线；碳纤拉挤板的拉伸性能有明显的非线性，应力应变曲线显示为一条向上扬的曲线；虽然目前拉伸性能(模量及强度)测试较稳定，但是受限于测试方法的误差，及碳纤维本身的非线性，目前碳纤维拉挤板材的拉伸性能测试值仍远低于理论计算的强度。使用加强片的试样可以避免产品夹持区域的剪切破坏，但加强片起始位置的厚度突变导致应力集中，通常是破坏的起始位置，导致强度偏低。a 玻璃纤维b 碳纤维拉挤板材拉伸测试时的应力应变曲线8PageAosheng Hi-tech82023/3/30拉挤板材的0方向性能|压缩性能1.Berbinau P,Soutis C,Guz I A

8、.Compressive failure of 0 unidirectional carbon-fibre-reinforced plastic(CFRP)laminates by fibre microbucklingJ.Composites Science and technology,1999,59(9):1451-1455.碳板与玻板的压缩性能玻纤拉挤板的压缩性能复合线性规律，应力应变曲线显示为直线；碳纤维拉挤板的压缩性能有明显的非线性，但是与拉伸性能的变化不同，应力应变曲线显示为一条向下弯的曲线；拉挤板材拉伸测试时的应力应变曲线在轴向压力作用下，纤维本身的初始弯曲导致基体中产生过大

9、的剪切应力，最终复合材料在剪切力作用下失稳破坏。纤维的面内屈曲及扭折带1a 拉挤玻板b 拉挤碳板9PageAosheng Hi-tech92023/3/30拉挤板材的0方向性能|压缩性能1.Kumar R,Mikkelsen L P,Lilholt H,et al.Understanding the mechanical response of glass and carbon fibres:Stress-strain analysis and modulus determinationC/IOP Conference Series:Materials Science and Engineer

10、ing.IOP Publishing,2020,942(1):012033.碳板压缩性能测试的难点板材降面的工具选择及厚度控制；加强片粘贴工装的制样精度及夹持控制；端部及剪切联合加载工装的设计及夹持压力控制。试样厚度差异0.05mm加强片夹持工装设计10PageAosheng Hi-tech102023/3/30拉挤板材的0方向性能|层剪断裂韧性 mode 1.Kumar R,Mikkelsen L P,Lilholt H,et al.Understanding the mechanical response of glass and carbon fibres:Stress-strain

11、analysis and modulus determinationC/IOP Conference Series:Materials Science and Engineering.IOP Publishing,2020,942(1):012033.测试方法的探讨灌注方法、灌注过程控制及固化过程的温度控制对测试结果影响非常大；ASTM D5528 和 ISO 15024都需要取十几个裂纹扩展点（PROP点）进行计算，各个点判断有很大主观性，费时费力，不适用于对于批量性测试的推广；澳盛使用的方法借鉴了航空领域的GIC测试标准 EN6033，易推广于大批量常规检测，控制产品质量。EN6033

12、采用的总能量计算法ISO15024 的曲线图示意图11PageAosheng Hi-tech112023/3/30拉挤板材的0方向性能|层剪断裂韧性 mode 环氧树脂免脱模布产品的GIC测试结果（200g 0/90 玻纤平纹）直接去除脱模布后测试值急剧下降，且测试波动较大，有明显直接完全界面破坏的试样；试验了某款免脱环氧树脂，性能有一定提升，且有具局部破坏发生在层间织物表面树脂内；采用了乙烯基树脂进行测试，性能提升稳定，破坏形式为层间织物与拉挤板表面混合破坏。GIC测试破坏试样a 带脱模布环氧玻板b 无脱模布环氧玻板c 免脱环氧树脂玻板d 无脱模布乙烯基树脂玻板12PageAosheng H

13、i-tech122023/3/30拉挤板材的0方向性能|层剪断裂韧性 mode 层间织物对环氧树脂免脱模布产品的GIC测试结果的影响更换45层间织物后的测试结果明显提高；需要注意的是，正负45层间织物的测试过程中存在明显的纤维桥接现象，使裂纹开始扩展后测试曲线有明显的上升段。使用45层间织物常见的测试曲线使用0/90层间织物常见的测试曲线使用45层间织物的常见破坏形式13PageAosheng Hi-tech132023/3/30使用两层透明亚克力板模拟拉挤板材中间夹层间织物；并排放置同时进行灌注试验；最快的200g 0/90玻纤平纹布耗时15min灌注完成；最慢的200g 45碳纤维双轴织

14、物耗时47min灌注完成。不同层间织物的灌注效果公司介绍|风电产品层间织物0min10min15min50min30min注胶口抽气口层间织物导流效果测试200g 45玻纤双轴织物200g 0/90碳玻混平纹布200g 0/90玻纤平纹布200g 45碳纤双轴织物14PageAosheng Hi tech142023/3/30江苏澳盛能力及产品介绍15PageAosheng Hi-tech152023/3/30江苏澳盛复合材料科技有限公司Jiangsu Aosheng Composite Materials Hi-tech Co.,Ltd.澳盛商贸公司(上海)澳盛（台

15、湾）江苏澳盛研发、生产中心澳盛科技(香港)主营碳纤维复材的高新技术企业、国家“专精特新”小巨人企业；风电用碳纤维拉挤板是2021年工信部认定制造业单项冠军产品；国家标准风电叶片用纤维增强复合材料拉挤板材主编单位；江苏省碳纤维复合材料批量化生产及应用工程技术研究中心;江苏省高端树脂基碳纤维复合材料工程研究中心；江苏省认定企业技术中心，江苏省级工业设计中心；苏州市碳纤维复合材料工程技术研究中心；中科院宁波所先进制造联合工程研究中心；企业员工超过800人，拥有风电产线104条；授权专利81项，其中发明专利33项。公司介绍|简介16PageAosheng Hi-tech162023/3/30公司介绍|

16、生产能力AutoclavePCM热塑性模压SMCVARIRTM拉挤17PageAosheng Hi-tech172023/3/30公司介绍|风电产品各类叶根拉挤件各类型叶根拉挤楔形条;其他新型叶根连接件工艺开发。拉挤楔形件+缠绕纤维+金属螺栓套18PageAosheng Hi-tech182023/3/30公司介绍|风电产品除冰布完全自主设计开发生产工艺，已通过系统化的生产及产品测试；2020年通过客户认证，并开始量产截至目前已供货300套叶片；柔性加热膜，面状均匀发热，产品长度可达10m以上，随形性佳，树脂易浸透，适用于一体灌注；电阻可设计性强，设计方阻范围约1/300/，根据供电电压及

17、电路设计提供配套的加热膜设计。产品图加热热成像灌注效果玻璃纤维织物 2粘合层 2电极 2高性能发热层产品结构示意图19PageAosheng Hi-tech192023/3/30公司介绍|风电产品除冰布力学测试从原材料、生产、出厂检验多步骤严格控制产品的电阻；测试与产品复合后材料的不同结构位置的拉伸、层间剪切性能，通过结果判断加热膜不同位置对结构静强度性能的影响；测试与产品复合后复合材料的疲劳性能，测试过程中监控样品的电阻及温度变化，验证电性能的衰减是否满足设计要求。拉拉疲劳测试（过程中监控电阻及温度稳定性）20PageAosheng Hi-tech202023/3/30平纹编织物，使碳梁层与层之间等电势，防止产生电势差而存在电弧击穿风险；层间织物的导流性能关系到叶片的灌注工艺性，也需要额外关注；拉挤碳板的碳纤维层间织物降本，新型层间织物的开发及性能评价不断开发中。碳纤维大梁层间导流织物经纬1：1玻纤碳纤混编方案碳纤维玻璃纤维编织物截面图公司介绍|风电产品拉挤碳梁层间织物经向高碳纤维含量方案21PageAosheng Hi tech212023/3/30Thank you！Go ProfessionalGo International

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