Page 115 - 《橡塑技术与装备》2022年9期

测试与分析 王顺吉 等·芯材泡沫不同加工形式对力学性能的影响

芯材泡沫不同加工形式对力学性能的

影响

王顺吉，王艳丽，李文斌，顾育慧，李军向
( 明阳智慧能源集团股份公司，天津 300300)

摘要： 复合材料夹芯板不仅具备强度高、模量大、抗冲击性强等良好的力学特点，而且具有隔热减震等功能特点，因此，在航空、
航天、船舶、能源、交通等领域日益受到重视，为了满足风电叶片越来越高的性能要求，通过改变泡沫的加工方式的方法，来改
变夹层结构，从而整体提高叶片的承载性能。本文着重研究了两种不同表面加工方式、Balsa 木芯材力学性能的区别，为叶片设
计研发提供依据。
关键词 ： 芯材 ; 复合材料 ；加工方式 ； PET
中图分类号 ： TQ323.4 文章编号 ： 1009-797X(2022)09-0061-05
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.09.013

1 前言 空灌注工艺制造。降低叶片重量的方式有多重，如合
PET 泡沫，主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯 理选材、优化结构，降低材料的吸胶量等。风电叶片
（Polyethylene terephthalate），俗称涤纶树脂。聚对 的主题结构是环氧树脂增强玻璃纤维，结合夹芯材料
苯二甲酸乙二醇酯（涤纶树脂）主要用于制造合成 增加刚度，通常采用真空辅助灌注工艺成型。
纤维、薄膜、瓶子，在工程塑料及其他领域也有应 目前常用的夹芯材料主要是 PVC 和 Balsa 轻木，
用 [1] 。当对其采用发泡供以后形成的 PET 泡沫材质相 其中 Balsa 轻木主要用于叶根位置 , 轻木又叫巴沙木，
对较脆，但其具有良好的耐热性、力学强度。PET 泡 Balsa 轻木的孔隙数量多且尺寸大。轻木烘干后只有水
沫可以回收利用，因此具有良好的环保性能。 密度的十分之一，它是世界上密度最小的木材。目前，
PET 泡沫芯材具有良好的剪切性能，因此常用于 全球近 95% 的轻木都来源于南美洲，目前全球风电产
壳体结构中的抗剪切填充物。PET 原材料成本较一般 业扶摇直上的腾飞，导致轻木供不应求，出现了洛阳
的芯材泡沫材料低，但采用 PET 泡沫作为芯材的夹层 纸贵的现象。雪上加霜的是，全球蔓延的疫情使南美
结构材料通常需要采用树脂等粘合剂进行粘结，但由 轻木交易更加混乱，进一步导致部分厂家严重缺货，
于 PET 泡沫泡孔尺寸通常较大 ，因此树脂吸收率通 目前叶片制造商已觉察到轻木供给的不确定性，并积
常较高，因此其成本、重量相对较高，从而限制了其 极寻找可替代的材料，为将来 PET 泡沫取代 Balsa 轻
应用。但学术界出现了新型的发泡技术，以 AIREX 木提供技术依据。在实验中，利用真空灌注成型工艺
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T92.80 SealX 为 代 表 的 一 批 新 型 PET 泡 沫 芯 材 通 过 制备了含不同表面开槽方式的复合材料泡沫夹芯材料，
控制泡孔尺寸及泡孔破损比例可以大幅降低 PET 泡沫 测定不同开槽方式样品的性能，确定不同开槽方式样
芯材的树脂吸收率，因此 PET 泡沫芯材的应用范围已 品拉伸、压缩、剪切性能的区别，并且对比了 Balsa
被大幅拓展。近年来，在风火同价的大背景下，降低 轻木和 PET 泡沫性能的区别，为叶片设计工作提供参
度电成本、风机大型化已成为行业趋势。叶片作为风 考。两种加工方式的示意图如图 1，图 2 所示。
机的主要零部件，必然要求长度更长，扫风面积更大，
但重量也会随之变大，风机叶片轻量化已成为风电叶
作者简介 ：王顺吉（1990-），男，助理工程师，材料测试
片行业发展的必然趋势。风电叶片的主体结构是环氧
工程师，主要从事风电用复合材料研究设计工作。
树脂增强玻璃纤维，结合芯材增加刚度，通常采用真 收稿日期 ：2022-06-02

年
2022 第 48 卷 ·61·