閆小強(qiáng)，楊 忠

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

風(fēng)電葉片是由氣動(dòng)外形殼體和內(nèi)部承力構(gòu)件組成的中空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其氣動(dòng)殼體外形主要承載扭矩，而葉片的整體剛度與極限強(qiáng)度主要決定于主梁帽、粘接劑和抗剪切腹板組成的箱梁結(jié)構(gòu)[1]。粘接劑作為風(fēng)電葉片六大主材之一，在葉片結(jié)構(gòu)中主要承擔(dān)剪切載荷，其粘接工藝質(zhì)量和剪切性能對(duì)葉片使用壽命有直接影響。

隨著風(fēng)電葉片的大型化發(fā)展，葉片制造工藝愈發(fā)復(fù)雜，在葉片生產(chǎn)過程中不可避免地存在各種缺陷，如纖維布半干紗、分層、損傷、粘接過薄、粘接過厚和缺膠等[2-4]。針對(duì)不同的缺陷類型通常遵循原結(jié)構(gòu)恢復(fù)，獨(dú)立增強(qiáng)的原則進(jìn)行修復(fù)，但對(duì)有些粘接類的缺陷由于缺陷尺寸和空間位置的原因往往無法進(jìn)行原結(jié)構(gòu)恢復(fù)，甚至有個(gè)別缺陷采用原結(jié)構(gòu)恢復(fù)后對(duì)結(jié)構(gòu)損傷反而更大。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)制造工藝，針對(duì)無法進(jìn)行常規(guī)修復(fù)的閉口式缺膠問題，進(jìn)行了粘接劑和手糊樹脂剪切性能對(duì)比，探討將閉口式缺膠缺陷進(jìn)行打磨后使用手糊樹脂纖維布修復(fù)缺陷的可行性，為現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粘接類缺陷修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

分別制作粘接介質(zhì)為粘接劑和手糊樹脂的拉伸剪切試樣，A組為0.5 mm厚度粘接劑拉伸剪切樣條，B組為手糊樹脂拉剪樣條。制樣基材粘接表面為雙向纖維布，測(cè)試執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)EN-1465-2009。

拉剪測(cè)試制作樣條如圖1所示，樣條尺寸25 mm×100 mm，粘接區(qū)域25 mm×20 mm。測(cè)試設(shè)備為日本島津萬能拉伸試驗(yàn)機(jī) AG-IC-100。

圖1 拉剪樣條制作過程Fig.1 Making process of tensile shear samples

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 測(cè)試過程及樣品表觀形貌

拉伸剪切測(cè)試如圖2所示，樣條測(cè)試需要在夾持處放置墊板以平衡由于樣條規(guī)格造成的對(duì)中偏差。

圖2 手糊樹脂樣條測(cè)試過程Fig.2 Test process of hand lay-up resin samples

樣條測(cè)試后形貌如圖3所示，兩組測(cè)試樣條測(cè)試后形貌均發(fā)生了界面的雙向布剪切破壞，且破壞形式趨于一致，這與葉片實(shí)際發(fā)生破壞時(shí)界面情況類似，為含雙向布界面有效的破壞形式。

圖3 手糊樹脂(左)和0.5 mm粘接劑樣條(右)測(cè)試結(jié)果Fig.3 Test results of hand lay-up resin samples(left)and 0.5 mm adhesive samples(right)

2.2 剪切性能測(cè)試結(jié)果

如圖4所示，A組樣條為0.5 mm厚粘接劑樣條，B組樣條為手糊樹脂樣條。A組粘接劑樣條抗剪強(qiáng)度均值為24.19 MPa，B組手糊樹脂樣條抗剪強(qiáng)度均值為24.09 MPa，并且2組樣條測(cè)試完成后界面破壞形式趨于一致，均為雙向布剪切破壞。表明手糊樹脂樣條與0.5 mm厚的粘接劑樣條的抗剪強(qiáng)度相差不大。

圖4 兩組樣條測(cè)試結(jié)果Fig.4 Test results of two groups of samples

如圖5所示，分別進(jìn)行了不同粘接劑厚度的樣條剪切性能測(cè)試，結(jié)果表明粘接劑的剪切強(qiáng)度與厚度呈負(fù)相關(guān)，隨著粘接劑厚度的增加抗剪強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)粘接劑厚度為0.5、3、5、10 mm時(shí)，其抗剪強(qiáng)度分別為24.19、21.0、12.3、10.0 MPa。而在葉片實(shí)際生產(chǎn)過程中，粘接劑厚度控制在(3±2)mm，抗剪強(qiáng)度范圍12～24 MPa。葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)粘接劑設(shè)計(jì)值為10 MPa，而手糊樹脂抗剪強(qiáng)度在24.09 MPa，表明手糊樹脂纖維布工藝滿足結(jié)構(gòu)對(duì)粘接劑剪切性能的要求。

圖5 不同粘接劑厚度下的抗剪強(qiáng)度Fig.5 Shear strength under different adhesive thickness

3 結(jié) 論

A組0.5 mm厚度粘接劑樣品和B組手糊樹脂樣品的抗剪強(qiáng)度分別為24.19、24.09 MPa，并且破壞形貌類似。在葉片制造工藝中粘接劑抗剪強(qiáng)度在12～24 MPa之間，葉片結(jié)構(gòu)對(duì)粘接劑抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為10 MPa，故手糊樹脂剪切強(qiáng)度滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可為葉片制作類缺陷修復(fù)提供依據(jù)，對(duì)葉片粘接劑的缺陷修復(fù)方案的制訂具有重要意義?！?/p>