李文斌，王艷麗

(明陽智慧能源集團(tuán)股份公司，天津 300000)

0 前言

眾所周知，纖維增強(qiáng)塑料拉擠板材作為葉片梁帽的主要材料，其力學(xué)性能在實(shí)際生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用[2~10]，但是在實(shí)際的葉片生產(chǎn)過程中，梁帽的設(shè)計(jì)厚度及長(zhǎng)度有一定的要求，而拉擠板材的厚度一般為5 mm，長(zhǎng)度（考慮到運(yùn)輸與場(chǎng)地等問題）不能正好生產(chǎn)與葉片梁帽長(zhǎng)度一致，需要切割成規(guī)定的小段就行葉片梁帽的鋪設(shè)，此時(shí)拉擠板材為了滿足葉片梁帽的厚度與長(zhǎng)度要求，就需要搭接（梁帽厚度方向）與對(duì)接（梁帽長(zhǎng)度方向）。

考慮到拉擠板材搭接與對(duì)接會(huì)對(duì)葉片梁帽以及成型的葉片彎曲性能有所影響，因此我們需要從不同的拉擠板材搭接方式進(jìn)行研究分析，應(yīng)用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷：拉擠板材不同搭接或者對(duì)接方式下的彎曲性能。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）首先我們對(duì)拉擠板的方向進(jìn)行了一下確認(rèn)及標(biāo)識(shí)，我們規(guī)定拉擠板材的紗線方向定為纖維方向，垂直于拉擠板材的紗線定為垂直于纖維方向，如圖1所示。

（2）本文采用“堆疊式”和“砌墻式”的方式進(jìn)行拉擠板材對(duì)接/搭接，其：“堆疊式”表示為：1組拉擠板材（2塊或者3塊拉擠板材進(jìn)行厚度方向重疊在一起）與另一組拉擠板材（2塊或者3塊拉擠板材進(jìn)行厚度方向重疊在一起）進(jìn)行對(duì)接，其中產(chǎn)生的不同大小的縫隙，縫隙采用樹脂進(jìn)行灌注填充，如圖2和圖3所示；“砌墻式”表示為：底面鋪設(shè)一塊拉擠板材，然后在上面鋪設(shè)2塊拉擠板材，上面2塊拉擠板材之間留有縫隙，縫隙采用樹脂進(jìn)行填充，如圖4和圖5所示。

（3）本文設(shè)計(jì)14種拉擠板材的對(duì)接/搭接方式進(jìn)行試驗(yàn)研究測(cè)試，試樣形狀及制樣方式如圖6~圖9所示，詳細(xì)方案見表1。

表1 拉擠板材對(duì)接/搭接及鋪設(shè)、制樣切割方式

（4）拉擠板材堆疊式及砌墻式試樣切割制樣說明，如圖6~圖9所示。

2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用玻纖拉擠板材，拉擠板材寬度120 mm，長(zhǎng)度1 000 mm。拉擠板材是由浙江澳盛科技有限公司提供；環(huán)氧樹脂LT5078A/3；LT5078B/3，質(zhì)量比：100:30，由上海惠柏新材料有限公司提供；織物采用BX200的導(dǎo)流織物，由浙江恒石纖維基業(yè)有限公司提供。

2.2 拉擠板材堆疊式及砌墻式的成型方法

成型方法：采用真空灌注平臺(tái)進(jìn)行拉擠板材的灌注工作。首先，確定灌注拉擠板材對(duì)接/搭接的方式（堆疊式或者砌墻式），為了能夠?qū)?樹脂在真空條件下順利的將拉擠板材灌注完成，我們采用鋪設(shè)BX200的導(dǎo)流織物，鋪設(shè)順序：脫模布導(dǎo)流織物+拉擠板材+導(dǎo)流織物+拉擠板材……（根據(jù)拉擠板材的對(duì)接/拼接方式?jīng)Q定鋪設(shè)拉擠板材的塊數(shù)，原則是：一層導(dǎo)流織物一塊拉擠板材）+脫模布+有孔隔離膜+導(dǎo)流網(wǎng)；其次，對(duì)于縫隙的控制尤為重要，我們選用標(biāo)準(zhǔn)塊（比如：1 mm、3 mm、5 mm標(biāo)準(zhǔn)樣塊）作為控制縫隙大小的依據(jù)，對(duì)于拉擠板材的對(duì)接/拼接，將標(biāo)準(zhǔn)塊按放在對(duì)接/拼接縫之間，并緊緊的將縫隙之間的拉擠板材與標(biāo)準(zhǔn)塊靠緊，防止灌注完成的縫隙偏于理論值過大或過??；最后將需要灌注的拉擠板材真空袋壓、保壓、樹脂混合及脫泡、樹膠、預(yù)固化、脫模、后固化、試樣切割。

特別說明：拉擠板材對(duì)接/拼接過程中，產(chǎn)生的縫隙通過灌注過程用樹脂填充即可，但是縫隙空腔是指：拉擠板材的縫隙在灌注樹脂之前，采用橡皮泥進(jìn)行填充（橡皮泥在測(cè)試過程中不會(huì)才生彎曲應(yīng)力，因此認(rèn)定可以作為填充空腔的物質(zhì)），這樣樹脂在真空灌注過程中，才不會(huì)流入橡皮泥的空腔中。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試依據(jù)

本文拉擠板材搭接彎曲性能研究試驗(yàn)設(shè)備主要有：切割機(jī)，萬能試驗(yàn)機(jī)（深圳三思縱橫）及配套彎曲工裝；

測(cè)試依據(jù)：按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 178:2019-《塑料彎曲性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 拉擠板材不同搭接方式彎曲性能測(cè)試結(jié)果匯總，如表2所示

表2 拉擠板材不同搭接方式彎曲性能測(cè)試結(jié)果匯總

（1）本文分析需要純樹脂澆注體彎曲性能數(shù)據(jù)，在我們?nèi)粘y(cè)試過程中，測(cè)得純樹脂樹脂澆注體彎曲性能為：1.5倍厚度彎曲強(qiáng)度96 MPa，彎曲模量2.8 GPa，彎曲應(yīng)變≥6%。

（2）本文涉及純樹脂為廣州聚合新材料有限公司提供的拉擠樹脂，型號(hào)：EP4515/HY4515。

3.2 測(cè)試分析

從表2中，我們可以直觀的分為2部分進(jìn)行分析，分別是：垂直于纖維方向不同對(duì)接/搭接方式和纖維方向不同對(duì)接/搭接方式。

3.2.1 垂直于纖維方向不同對(duì)接/搭接方式彎曲性能研究分析

（1）垂直于纖維方向堆疊式空腔5 mm縫隙彎曲性能在本文研究的拉擠板材搭接彎曲性能中是最低的，原因分析為：

用圖10示意圖簡(jiǎn)易表示試樣在測(cè)試過程中的狀態(tài)。

試樣的長(zhǎng)度方向?yàn)榇怪庇诶w維方向，試樣測(cè)試過程中跨距支撐點(diǎn)以及作用力點(diǎn)都在3層堆疊的拉擠板材上，試樣破壞時(shí)在空腔部位進(jìn)行破壞（如圖11），因此彎曲性能較低。

（2）垂直于纖維方向砌墻式隨著縫隙的增大其各項(xiàng)彎曲性能降低，但差異不大，從表2代號(hào)B、C可以看出，原因分析：

用圖12示意圖簡(jiǎn)易表示試樣在測(cè)試過程中的狀態(tài)。

如圖12所示，首先從彎曲強(qiáng)度進(jìn)行分析：從代號(hào)B、C彎曲強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，隨著縫隙的增大，彎曲強(qiáng)度減小，但差異不大；主要是因?yàn)?；垂直于纖維方向的拉擠板材受力面積減小，從表2數(shù)據(jù)中可以看出，垂直于纖維方向砌墻式彎曲強(qiáng)度略低于垂直于纖維方向無縫隙彎曲強(qiáng)度，隨著縫隙的增大，縫隙中的樹脂增多，縫隙中的純樹脂1.5倍彎曲強(qiáng)度沒有垂直與纖維方向堆疊式彎曲強(qiáng)度高，因此隨著縫隙的增大，垂直于纖維方向彎曲強(qiáng)度減小，但差異不大；另外從表2可以看出，純樹脂彎曲應(yīng)變要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直于纖維方向砌墻式彎曲應(yīng)變，在實(shí)際的彎曲性能測(cè)試過程中，隨著彎曲撓度的增加，因垂直于纖維方向彎曲應(yīng)變要低于純樹脂彎曲應(yīng)變，因此垂直于纖維方向砌墻式試樣破壞部位在垂直纖維方向拉擠板材的部位，如圖13所示。

其次，試樣在彎曲模量及彎曲應(yīng)變測(cè)試過程中，跨距對(duì)彎曲模量及彎曲應(yīng)變的影響較大，因此我們測(cè)試之前需要調(diào)整合適的跨距，而垂直于纖維方向砌墻式彎曲性能測(cè)試過程中，只是改變樹脂的縫隙大?。ū热? mm和5 mm區(qū)別），未改變跨距，從代號(hào)B、C可以看出彎曲模量及彎曲應(yīng)變差異很小，因此垂直于纖維方向砌墻式隨著縫隙的增大其各項(xiàng)彎曲性能降低，但差異不大。

（3）垂直于纖維方向堆疊式隨著縫隙的增大其各項(xiàng)彎曲性能降低，但差異不大，原因分析：

如圖13所示，首先從彎曲強(qiáng)度進(jìn)行分析：從代號(hào)D、E、F彎曲強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，隨著縫隙的增大，彎曲強(qiáng)度減小，但差異不大；主要是因?yàn)榇怪庇诶w維方向的拉擠板材受力面積減小，從表2數(shù)據(jù)中可以看出，垂直于纖維方向堆疊式彎曲強(qiáng)度略低于垂直于纖維方向無縫隙彎曲強(qiáng)度，隨著縫隙的增大，縫隙中的樹脂增多，縫隙中的純樹脂1.5倍彎曲強(qiáng)度沒有垂直與纖維方向堆疊式彎曲強(qiáng)度高，因此隨著縫隙的增大，垂直于纖維方向彎曲強(qiáng)度減小，但差異不大；另外從表2可以看出，純樹脂彎曲應(yīng)變要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垂直于纖維方向堆疊式彎曲應(yīng)變，在實(shí)際的彎曲性能測(cè)試過程中，隨著彎曲撓度的增加，因垂直于纖維方向彎曲應(yīng)變要低于純樹脂彎曲應(yīng)變，因此垂直于纖維方向砌墻式試樣破壞部位在垂直纖維方向拉擠板材的部位，如圖14所示。

其次，試樣在彎曲模量及彎曲應(yīng)變測(cè)試過程中，跨距對(duì)彎曲模量及彎曲應(yīng)變的影響較大，因此我們測(cè)試之前需要調(diào)整合適的跨距，而垂直于纖維方向砌墻式彎曲性能測(cè)試過程中，只是改變樹脂的縫隙大?。ū热? mm和5 mm區(qū)別），未改變跨距，從代號(hào)D、E、F可以看出彎曲模量及彎曲應(yīng)變差異很小，因此垂直于纖維方向砌墻式隨著縫隙的增大其各項(xiàng)彎曲性能降低，但差異不大。

3.2.2 纖維方向不同對(duì)接/搭接方式彎曲性能研究分析

（1）纖維方向堆疊式彎曲性能隨著縫隙的增大彎曲強(qiáng)度降低，模量降低，應(yīng)變?cè)龃?，差異較大，原因分析：

用圖15堆疊式左視圖進(jìn)行簡(jiǎn)易表示。

如圖15所示，試樣的彎曲測(cè)試過程中，縫隙中的樹脂只會(huì)承載純樹脂彎曲性能的作用，上文已給出純樹脂彎曲強(qiáng)度112 MPa，彎曲模量2.8 GPa，彎曲應(yīng)變≥6%，而從表2可以看出纖維方向無縫隙拉擠板材測(cè)試彎曲強(qiáng)度1 342.32 MPa，彎曲模量60.68 GPa，彎曲應(yīng)變2.34%，綜合兩者對(duì)比，纖維方向堆疊式彎曲性能測(cè)試，主要是纖維方向拉擠板材承受主要彎曲性能，而縫隙中純樹脂對(duì)纖維方向堆疊式彎曲性能測(cè)試貢獻(xiàn)相對(duì)較小；因此，隨著縫隙的增大，拉擠板材所承載的受力面積逐減小，因此彎曲強(qiáng)度性能也隨之降低，彎曲模量性能也隨之降低，彎曲應(yīng)變性能逐漸增大；如果縫隙為空腔，將失去純樹脂彎曲性能的貢獻(xiàn)，所以纖維方向堆疊式空腔5 mm縫隙性能較低。

（2）纖維方向砌墻式彎曲性能隨著縫隙的增大彎曲性能降低，差異較大，原因分析：

用圖16示意圖簡(jiǎn)易表示試樣在測(cè)試過程中的狀態(tài)。

如圖16所示，拉擠板材搭接縫隙的構(gòu)成是成“┻”狀，試樣在彎曲測(cè)試過程中，下端無縫隙纖維方向拉擠板材在測(cè)試過程中，承載著一定的作用，因此此種方式鋪設(shè)制樣的彎曲性能在本文研究的拉擠板材對(duì)接/搭接過程中，性能最優(yōu)，但是隨著縫隙的增大，其彎曲強(qiáng)度降低，模量降低，應(yīng)變?cè)龃?，原因和上文條款一致，即：縫隙中純樹脂的彎曲性能對(duì)試樣的彎曲測(cè)試性能貢獻(xiàn)相對(duì)較小，主要是由于縫隙的增大，纖維方向拉擠拉擠板材所承載的受力面積減小，因此：纖維方向砌墻式彎曲性能隨著縫隙的增大彎曲強(qiáng)度降低，彎曲模量降低，彎曲應(yīng)變?cè)龃蟆?/p>

4 結(jié)論

（1）從上述14種拉擠板材不同搭接方式彎曲性能測(cè)試可以看出，纖維方向堆疊式/砌墻式彎曲性能優(yōu)于垂直纖維方向堆疊式/砌墻式彎曲性能。

（2）垂直于纖維方向堆疊式/砌墻式彎曲性能隨著縫隙的變大，彎曲性能逐漸降低，但差異不大，主要原因?yàn)椋捍怪庇诶w維方向拉擠板材隨著縫隙的增大，其拉擠板材受力面積減小，所以強(qiáng)度減小，但略低于垂直于纖維方向無縫隙拉擠板材的彎曲強(qiáng)度；另外垂直于纖維方向拉擠板材的彎曲應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有純樹脂的彎曲應(yīng)變大，所以在實(shí)際測(cè)試彎曲過程中，隨著彎曲撓度的增大，垂直于纖維方向拉擠板材進(jìn)行破壞。

在未改跨距的條件下，只改變樹脂縫隙，所以彎曲模量及彎曲應(yīng)變的差異不大。

（3）纖維方向堆疊式/砌墻式彎曲性能隨著縫隙的變大，彎曲強(qiáng)度逐漸降低，彎曲模量逐漸降低，彎曲應(yīng)變?cè)龃?；差異較大，主要與纖維方向拉擠拉擠板材所承載面積有關(guān)。

（4）在實(shí)際生產(chǎn)過程中，無論是拉擠板材纖維方向搭接/拼接，還是垂直于纖維方向搭接/拼接其彎曲性能相對(duì)無縫隙對(duì)接的拉擠板材彎曲性能會(huì)或多或少損失一些，因此我們?cè)趯?shí)際過程中最好采用無縫隙對(duì)接方式進(jìn)行拉擠板材的鋪設(shè)。