風(fēng)機(jī)葉片材料的GL認(rèn)證技術(shù)規(guī)范

GL認(rèn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)德國(guó)勞氏集團(tuán)吳強(qiáng)趙國(guó)彬〔FRP〕在風(fēng)電〔GLroup〕〔中國(guó)局部“非金屬材料的檢驗(yàn)要求和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)展了具體的表達(dá)。纖維增加復(fù)合材料〔FRP〕從上世紀(jì)40年月問(wèn)世以來(lái)，在航空、航天、船舶、汽車、化工、醫(yī)學(xué)和機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，F(xiàn)RP又以其高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐久發(fā)電機(jī)組有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，約占整個(gè)風(fēng)電機(jī)組25%的本錢。在發(fā)電機(jī)功率確定的條件下，捕風(fēng)力量的提高將直接提〔上述參數(shù)〕到提高。在復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電較好的國(guó)家針對(duì)大型葉片的材料體系、外形設(shè)計(jì)、構(gòu)造設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量檢驗(yàn)、在線實(shí)結(jié)合在船舶和風(fēng)能行業(yè)的幾十年閱歷編寫了一本完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求》，在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于葉片原材料的生產(chǎn)掌握和成品檢驗(yàn)提出了根本的要求。GL非金屬材料認(rèn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于產(chǎn)品的修補(bǔ)。在第一局部中，涉及到幾種主要非金屬材料的生產(chǎn)工藝以及產(chǎn)品的質(zhì)量掌握的相關(guān)要求。GL頒發(fā)的非金屬材料認(rèn)證證書的有效期限一般為4年，那么對(duì)于生產(chǎn)工廠，GL期望工廠可以在證書的有效期內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定的生產(chǎn)出符合GL生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量進(jìn)展掌握。其中主要的掌握內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：工廠的一般信息人員工廠內(nèi)部質(zhì)量掌握體系生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控工廠的倉(cāng)儲(chǔ)治理狀況生產(chǎn)力量生產(chǎn)設(shè)備在申請(qǐng)工廠的生產(chǎn)質(zhì)量體系通過(guò)了ISO9001GL報(bào)的產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量掌握進(jìn)展監(jiān)視和檢測(cè)，期望可以幫助工廠更加完善產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量控制，以保證產(chǎn)品質(zhì)量長(zhǎng)期的穩(wěn)定。本文重點(diǎn)爭(zhēng)論關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)中的其次局部復(fù)合增加材料的檢驗(yàn)要求及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)括以下材料的試驗(yàn)及檢驗(yàn)要求：膠衣和/或?qū)訅簶渲?、增加材料、預(yù)浸料、芯材、膠粘劑。目前的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片根本上是由聚酯樹脂樹脂與E-玻璃纖維、S-玻璃纖維、碳纖維等增加材料，通過(guò)開(kāi)模手工鋪放，預(yù)浸料或閉模GL標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于這兩種主要材料的試驗(yàn)要求和參考標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容。樹脂和增加材料的根本性能指標(biāo)及參考要求在GL對(duì)于葉片的主要兩種原料熱固性樹脂和增加材料的相關(guān)試驗(yàn)工程要求做一個(gè)簡(jiǎn)潔的介紹給出一些相應(yīng)的參考要求。熱固性樹脂標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂兩種熱固性樹脂提出了具體的檢驗(yàn)要求要以不飽和聚酯樹脂的要求為底線。在產(chǎn)品的技術(shù)說(shuō)明書中一般需要供給以下信息：樹脂類型●用途制造商●品牌名儲(chǔ)存環(huán)境要求●加工環(huán)境要求添加劑的類型及比率●固化條件及性能變化對(duì)于熱固性樹脂的性能考量指標(biāo)一般分為固化前的性能指標(biāo)以及固化成型后的性能指標(biāo)化前性能指標(biāo)一般包括以下工程：密度●不飽和聚酯樹脂：酸指數(shù)粘度●環(huán)氧樹脂：環(huán)氧當(dāng)量反響性●凝膠時(shí)間〔溫度增加〕固化收縮率固化以后的性能指標(biāo)主要考量樹脂澆筑板的力學(xué)性能指標(biāo)，包括：密度吸水率拉伸強(qiáng)度，拉伸彈性模量和斷裂應(yīng)變彎曲強(qiáng)度，彎曲彈性模量高溫下尺寸穩(wěn)定性〔熱變形溫度〕手工鋪放成型工藝示意圖工廠內(nèi)的手工鋪放成型工藝樹脂真空導(dǎo)入工藝示意圖工廠內(nèi)的真空導(dǎo)入工藝對(duì)于以上性能指標(biāo)的最低值要求，GL在標(biāo)準(zhǔn)中給出了一些參考值〔請(qǐng)參考GL標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)章節(jié))，參考值主要針對(duì)于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。由于大型風(fēng)電機(jī)組的葉片是露天工達(dá)20年，修理本錢昂揚(yáng)，所以具體的指標(biāo)將由德國(guó)勞氏試驗(yàn)室的工程師實(shí)際要求來(lái)界定。增加材料纖維增加復(fù)合材料具有其它單一材料無(wú)法比較的優(yōu)勢(shì)——機(jī)翼的性能。在葉片上，引入彎扭耦合設(shè)計(jì)概念，掌握葉片的氣彈變形，這就是氣彈剪裁。求。隨著設(shè)計(jì)力量的不斷提高，葉片漸漸變大，這對(duì)材料的強(qiáng)度和剛度提出了更加苛刻的要求。葉片局部區(qū)域，如NEGMiconNM82.4米長(zhǎng)的葉片和LM61.5米長(zhǎng)的葉片都在高應(yīng)力區(qū)使GL非織造布。在工廠供給的產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書中一般需要供給以下信息：纖維材料●加固類型制造商●品牌名供給形式●存儲(chǔ)環(huán)境要求產(chǎn)品說(shuō)明對(duì)于四種類型的增加材料一般需要考量的主要指標(biāo)為：粗紗的細(xì)度●纖維長(zhǎng)度纖維的線密度●每單位面積重量層厚●可燃物含量徑向和緯向的密度●編織方法每層的單位面積質(zhì)量●織物的厚度鋪層方法●非織造布層厚纖維材料徑向和緯向的線密度非織造布或單層的單位面積重量對(duì)于增加材料和熱固化樹脂合成的層壓板材料，GL需要測(cè)定其力學(xué)性能，并在標(biāo)準(zhǔn)中給出了計(jì)算最低值的公式：纖維含量拉伸強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變、拉伸彈性模量彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量玻璃纖維的含量已經(jīng)予以考慮。Xmin=最小要求值Xref=纖維體積含量參考值〔φ=0.4〕α=鋪放因子φ=纖維體積含量〔0.2≤φ≤0.6〕而對(duì)于玻璃氈和噴射紗生產(chǎn)的FRP層壓板，允許與以上公式計(jì)算的最小值有偏離，在這種狀況下，玻璃纖維的重量百分比φ，0.25≤φ≤0.35，依據(jù)以下公式得出結(jié)果：對(duì)于多方向鋪層的增加材料，上述數(shù)值至少需要在一個(gè)方向〔尤其是0o方向〕進(jìn)展測(cè)試。關(guān)于上述方程中涉及的相關(guān)參數(shù)表，可以參考GL2.1。例如：某0o/90o鋪層的玻璃纖維布制成的玻璃鋼層壓板材，經(jīng)測(cè)試?yán)w維含量為φ＝0.5612.1中列出的相關(guān)參數(shù)，帶入以上公式得：抗拉強(qiáng)度最小值：楊氏模量〔拉伸模量〕最小值：彎曲強(qiáng)度最小值：風(fēng)機(jī)葉片材料的GL認(rèn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔二〕規(guī)劃中明確提出：2023年可再生能源在能源構(gòu)成中要到達(dá)15%左右，這也正印證了最1212%，該比例極有可能在2050年變?yōu)?0%。據(jù)不完全推算，每千瓦使用在葉片的復(fù)合材料為10kg，由此可看出復(fù)合材料在風(fēng)電行業(yè)中的巨大潛力，因此復(fù)合材料在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將擁有巨大的市場(chǎng)。GL材料認(rèn)證申請(qǐng)針對(duì)葉片所使用的復(fù)合材料，GL提出特有的要求和測(cè)試體系，以期保證材料生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并能為葉片生產(chǎn)廠商供給牢靠的支持。下面就葉片制造過(guò)程中使用的膠粘劑浸料、膠衣〔油漆〕首先，申請(qǐng)廠方需要有固定的生產(chǎn)場(chǎng)地，通常廠方在生產(chǎn)質(zhì)量體系通過(guò)了ISO9001的根底◆產(chǎn)品名稱及具體描述GL申請(qǐng)表◆產(chǎn)品技術(shù)說(shuō)明書〔TDS〕◆化學(xué)品安全說(shuō)明書〔MSDS〕◆存儲(chǔ)條件◆產(chǎn)品使用說(shuō)明◆公司信息、產(chǎn)品介紹◆質(zhì)量治理體系ISO90011.葉片合模膠粘劑目前葉片生產(chǎn)無(wú)論是傳統(tǒng)的手糊方法還是主流的真空灌注法切板同時(shí)合模，最終粘結(jié)成完整葉片。圖1為施加膠粘劑后的葉片最終合模過(guò)程。葉片在葉片使用壽命的關(guān)鍵因素。事實(shí)上，假設(shè)膠粘劑構(gòu)造開(kāi)頭破壞，膠結(jié)層將不能承受任何壓力，從而將導(dǎo)致整只葉片的破——樹脂和固化劑——必需滿足生產(chǎn)中非流掛、可操作時(shí)間等工藝要求〔2〕。2.膠粘劑上膠對(duì)于膠粘劑廠方申請(qǐng)GL含以下幾項(xiàng)：膠粘劑種類、固化收縮率、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度〔ISO11357/2〕。物理性能及機(jī)械性能，具體工程以及參考執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：非固化物理性能：密度〔ISO1675〕、粘度〔DIN53019〕、可操作時(shí)間〔PotLife〕固化后的性能〔以下測(cè)試工程的測(cè)試條件為：分別在溫度2350%24±1h以231000±12h〕〔DINEN1465〕〔ISO11339〕、熱穩(wěn)定性〔ISO75-2，MethodA〕192±2h。本試驗(yàn)為基于DINEN146560%。0.5mm3mm23℃，50%50℃高溫條件測(cè)試。芯材3a和3b4葉片截面圖中為芯材使用部位的示意圖。3a.硬質(zhì)泡沫3b.巴沙木4.葉片〔一個(gè)翼型〕截面在GL標(biāo)準(zhǔn)對(duì)芯材的要求中，以上兩種材料歸屬為同一體系。針對(duì)其它形式的芯材，在經(jīng)過(guò)GL爭(zhēng)論并同意后，同樣可以進(jìn)展材料認(rèn)證。硬質(zhì)泡沫對(duì)于芯材廠方申請(qǐng)GL以下幾項(xiàng)：主要材料及添加劑、適用之樹脂體系、廠方應(yīng)供給具體之存貯數(shù)據(jù)〔包括最大允許加工溫度和操作溫度、長(zhǎng)期操作溫度〕。以及參考執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：◆密度〔ISO845〕◆吸水率〔ISO2896〕◆壓縮強(qiáng)度〔ISO844〕◆壓縮模量〔ISO844〕◆剪切強(qiáng)度〔DIN53294〕◆剪切模量〔DIN53294〕全部試樣除去外表保護(hù)層，在測(cè)試環(huán)境溫度23℃，濕度50%下進(jìn)展測(cè)試。端面晶粒輕木芯材巴沙木是一種格外輕但是高強(qiáng)度的可用以提高夾心板硬度和強(qiáng)度的芯材。它的密度只有4-20磅/立方英尺，具有耐撞擊，不易扯裂，可以經(jīng)受超量的動(dòng)態(tài)負(fù)載、耐疲乏等特性。處理方法。第三方試驗(yàn)室測(cè)試工程為：◆原始密度〔DIN52182〕◆含水率〔ISO3130〕◆壓縮強(qiáng)度〔┴條件〔DIN52185〕〕◆壓縮模量〔┴條件〔DIN52185〕〕◆剪切強(qiáng)度〔DIN53294〕◆剪切模量〔DIN53294〕試驗(yàn)過(guò)程中全部試驗(yàn)樣品必需無(wú)裂紋，外表平坦并且適當(dāng)粗糙。在測(cè)試環(huán)境溫度23℃，濕50%下進(jìn)展測(cè)試。預(yù)浸料比，具有快速固化和縮短成型時(shí)間的優(yōu)勢(shì)。預(yù)浸料生產(chǎn)方法可分為溶劑法和熱熔法。預(yù)浸料通常應(yīng)冷藏保存并注明保存期限。常規(guī)狀況下，預(yù)浸料冷藏保存的保存期可為6-18個(gè)月。零下保存的密封預(yù)浸料在使用前必需升到室溫后才可以翻開(kāi)使用〔5〕。5.預(yù)浸料開(kāi)放對(duì)于預(yù)浸料廠方申請(qǐng)GL包含以下幾項(xiàng)：◆樹脂體系◆纖維體系◆增加類型◆固化工藝◆固化類型GL溝通后進(jìn)展認(rèn)證。另外，預(yù)浸料可分為玻璃纖維類與碳纖維類，二者在測(cè)試工程中有肯定的差異。玻璃纖維體系的預(yù)浸料預(yù)浸料樣品送到具有相關(guān)資質(zhì)第三方試驗(yàn)室進(jìn)展測(cè)試，測(cè)試工程及相關(guān)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下：樹脂體系-樹脂密度-拉伸性能-玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg纖維體系-玻璃纖維/碳纖維-纖維直徑-編制類型-浸潤(rùn)劑類型非固化預(yù)浸料物理性能-〔DIN53584〕-樹脂含量〔DIN29971〕-厚度〔DIN5084〕-揮發(fā)物含量〔EN2330〕固化后預(yù)浸料性能-〔ISO527〕-〔ISO14125〕-〔ISO14126〕-纖維體積含量〔ISO1172〕-復(fù)合材料空隙率碳纖維預(yù)浸料的測(cè)試區(qū)分為：壓縮強(qiáng)度、壓縮模量〔DINEN2850A1〕膠衣膠衣的主要作用為保護(hù)葉片外表，起到防老化，防風(fēng)沙的作用。對(duì)于膠衣廠方申請(qǐng)GL以下幾項(xiàng)：制版工藝、存貯條件。非固化體系：◆凝膠時(shí)間〔ISO2535〕GL認(rèn)證證書德國(guó)勞氏〔GL〕自1977年進(jìn)入風(fēng)能領(lǐng)域以來(lái)，憑借30多年的閱歷在世界風(fēng)能領(lǐng)域中扎實(shí)Approval〕GL會(huì)對(duì)所申請(qǐng)產(chǎn)品頒發(fā)產(chǎn)品證書，此證書是在世界范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的公認(rèn)性。固化體系：◆密度〔ISO1183A〕◆吸水率〔ISO175〕◆拉伸強(qiáng)度、模量、延長(zhǎng)率〔ISO527-21B〕◆熱變形溫度〔ISO75-2〕◆耐磨性〔ISO9352〕◆抗海水、汽油、液壓油、弱酸和弱堿性〔ISO175〕◆附著力測(cè)試油漆〔涂料〕CM-5〔參照ISO12944-2〕。另外依據(jù)一些國(guó)家的法律，超