广东博汇技术顾问、德国ITD总经理Fred Koch:《低成本生产叶片的方法——直接铺纱》

2019-04-11 东方风力发电网 点击:141
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   2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题一:科技创新 成就未来——“创新材料、革新技术”中,广东博汇新材料科技股份有限公司技术顾问、德国ITD技术咨询有限公司总经理Fred Koch做了题为《低成本生产叶片的方法——直接铺纱》的精彩演讲。

 

  以下为演讲实录:



 

  我是来自广东博汇新材料科技股份有限公司的技术顾问。我的报告分三部分,首先我会给大家介绍直接铺纱工艺简单易行,可以降低成本,要求来定制树脂,能显著降低叶片生产成本。如果谈到碳纤维用于叶片的话,主要有三种工艺方法,第一是传统预浸工艺,真空灌注、拉挤板材。每一种工艺都有它的优点,他们都有一个共同的特点,劣势就是成本比较高。现在我们的碳纤维成本还比较高。

 

  下面我们看一下不同技术的要求,首先预浸工艺,就是对碳纤维进行预浸,灌注工艺是相同的,但是所有的生产风险还是由叶片制造商承担,在这种情况下,拉挤产品也是要购买半成品,机械性能是很高的,是可以得到保证的。还有直接铺线法,直接在模具里面处理原材料,对这几种进行一个比较。对于拉挤板材有一些中国的制造商,预浸料主要用于主梁帽,灌注是各种梁帽都可以应用,而拉挤板材也是一样的,只能用于主梁帽,对于预浸料纤维含量是不一样的,还有其他的一些性能也都是不一样的。数据的来源是客户的技术数据表,需要一些特别的设备,预浸料、拉挤直接铺纱,所需要的设备各有不同,投资也是不一样的。每一种技术它都有自己的一些优点,也有它的一些缺点。我们来看每公斤的碳纤维,灌注是180—200,预浸料是160—180,拉挤是220—250,直铺纱只有70—80元每公斤。

 

  接下来了解一下直接铺纱的工艺,首先规定好粗纱的数量,然后把它放在滚架上,把准备好的粗纱片放置于机器上。在树脂来浸渍,可以生成一定数量的粗纱。在主梁帽的模具中一层一层铺放,主梁帽设计必须计算到所需的杆数。在铺放好一层之后,使用特定的工具,将其平整,然后再铺设下一层,再就是抽真空,这是我们设计文档的一个例子,是碳纤维梁帽中的直接铺纱和灌注工艺,这是两种工艺相关的一个计算,左边是梁界面的铺放分布,右边是相同设计的织物的典型,铺层计划,左边就是可以直接生成。

 

  直接铺纱工艺也面临一些挑战,首先预浸的速度比较慢,另外它的产能也会比较受限,梁帽可以连续生产,由于浸渍速度受工具限制,系统必须不间断连续运行,这不一定符合主模具和主梁帽的制造和生产周期,所以需要时间太多。我们的解决方法,就是把这两个过程进行分离,把预浸过程和铺层过程进行分离。直接铺纱工艺是一个全新的工艺还是未知的工艺?它是市场上比较成熟的工艺,这个工艺自2006年应用以来,至今没有发生任何问题。

 

  它是否仅限于碳纤维和主梁帽也不是,它可以适用于各种粗纱,包括玻纤和碳纤。并且也适用于任何形状的织品,它不会出现皱褶,除了梁的厚度以外,它的宽度是可以变的,也可以根据荷载进行优化调整。如果室外双贝模具,在叶片上有1—2毫米的连接间隙是可想而知的,可以实现显著重量和成本节约。

 

  这是叶片生产自动化的方法,直接铺纱法,这个案例当中,铺纱工艺过程中,采用了改进型长丝缠绕法,要把浸润过的纱进行铺层,然后进行固化,是要放到一个特殊的框架当中。有一些小的结构核心,是15千瓦10米的叶片,交叉点比较固定。要进行全线解决方案和横截面的结合,对性能会产生影响,长度要取决于线。叶片在结构上是自支撑的壳体结构,称为具有空气动力学外表面的框架,大型系列中使用这种设计梁,它带有空气动力外壳的结构梁。已经生产了成千上万的这种梁,通过定向铺纱工艺,在第二步中胶合到外层压板表面,这项技术潜力巨大。我们希望共同研发和推动叶片的技术和经济发展,来应对当前风电市场的挑战,它的性能可以提升70%—80%。,这对于自动化来说,是一个很大的机遇。

 

  最后一部分,环氧树脂系统的最新技术,现在要降低生产成本,这是我们面临的一个压力,最终供应商也承受这样的压力,要提高产量才能降低成本,他们需要更多的客户。工程师知道如果产品可以用于各种客户的话,它的设计就必须要做好,对于硬化时间、固化速度、黏度操作时间,放热收缩这些方法,可能都要有一个折中,有一个妥协。树脂制造商必须要提供一个通用系统,为不同客户特定需求做出一些妥协。

 

  (发言由现场速记整理,未经本人审阅)



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