風電葉片拉擠工藝專家交流

風電葉片拉擠工藝專家交流拉擠工藝介紹拉擠工藝：指由牽引機率引紗線，依次經(jīng)過展紗、浸泗、預成型、成型、梯次降溫固化、裁剪最終得到拉擠板材的過程，拉擠工藝屬于連續(xù)性生產(chǎn)，理論上可以制作無限長度的板材。具體而言，展紗階段由于碳纖維紗線和玻纖成卷方式不同在工藝上有所區(qū)別：碳纖維類似家用針線，纏在線軸上；玻纖沒有線軸，線從里到外抽出使用。浸洞階段根據(jù)配合樹脂不同工藝不同：環(huán)氧類或不飽和樹脂通常采用開放式浸澗，纖維通過開放式膠槽時即完成浸泗并加熱固化；聚氨酯采用注射式浸潤，在全封閉環(huán)境中將樹脂壓入浸潤。兩者比較后者避免樹脂揮發(fā)，對環(huán)境影響更小。紗線浸潤后先于小型模具進行初步加熱后再進入成型模具加熱；成型后在保溫的同時溫度梯次降低平穩(wěn)固化，避免快速固化導致的產(chǎn)品抉陷，最終裁剪得到拉擠板材。灌注工藝：又稱為真空導入工藝。最早通過手糊形式，把纖維織物浸到樹脂里，再逐層貼到模具上。后續(xù)采用不透氣薄膜抽真空的方式，抽出氣體之后降低了它的樹脂與布層之間的氣泡或缺陷分層。灌注工藝流程為：首先對成型模具進行表面處理之后，把纖維織物按切割區(qū)、產(chǎn)品區(qū)、廢料區(qū)等逐層放到模具上，再于纖維之間填充芯材用于平衡強度與重量，再在透膜布、導流網(wǎng)、真空帶膜等輔助材料的作用下抽出纖維間空氣，讓內(nèi)部形成負壓，再將樹脂真空導入灌注。透膜布用于在產(chǎn)品表面提供粗犍界面，即可作為灌注口也可以用于后期對產(chǎn)品進行補強；導流網(wǎng)用于輔助樹脂流動；真空帶膜貼到模具后用于形成真空環(huán)境。拉擠工藝與灌注工藝區(qū)別在于：拉擠工藝可連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率更高：港注工藝則需要完成一個產(chǎn)品后才能繼續(xù)生產(chǎn)，但其產(chǎn)品平面結(jié)構(gòu)更為復雜。拉擠工藝優(yōu)勢：拉擠工藝自1950s由美國人發(fā)明后，其優(yōu)勢不斷在提升。1）拉擠工藝原材料利用率高。理論上紗線和樹脂是在連續(xù)生產(chǎn)，在模具內(nèi)紗線和樹脂基本完全被利用：而灌注工藝模具上有產(chǎn)品區(qū)、切割區(qū)、輔料區(qū)，在樹脂流動的過程中不可避免的出現(xiàn)了邊角料的浪費。2）拉擠工藝可用于制造截面復雜的型材，可設計性強。某些形狀特殊型材如工字型鋼、塑鋼門窗等都是通過拉擠工藝成型的，而灌注、手拗、預浸料等工藝很難完成。雖然3D打印、數(shù)控機床等工藝可以完成，但對比拉擠工藝成本更高。此外在結(jié)構(gòu)設計上可以根據(jù)型材受力特點調(diào)整特定部位纖維含量，用于定向補強型材，提升了可設計性。3）拉擠工藝生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量可控性強。不同行業(yè)對拉擠工藝生產(chǎn)效率要求不同，風電領(lǐng)域目前約分鐘，未來有望進一步提升，控制成本。拉擠工藝中紗線浸潤情況、設備牽引力、樹脂黏度等更為可控，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。即使有某處質(zhì)量較差，也可以剪裁后繼續(xù)生產(chǎn)，浪費極少；而真空灌注工藝相對而言更不易控制，如果局部出現(xiàn)問題且不可修復，則整個板材都要報廢造成浪費。4）原材料靈活性高。不同的紗線與樹脂之間匹配呈多向性，不同紗線均可與同一樹脂浸泗生產(chǎn)；而預浸料工藝等若不同紗線則可能導致產(chǎn)品出現(xiàn)分層等問題。拉擠產(chǎn)品下游：拉擠產(chǎn)品以棍狀、管狀、平板狀或型材狀等長條型型材為主。下游應用包括：電力行業(yè)電纜橋架、電桿支架、光纖高壓電纜的碳芯（相比傳統(tǒng)金屬具有重量優(yōu)勢）、電氣元件等：化工行業(yè)抽油桿，海上平臺的護欄、格柵、支架，防腐用品等；生活中魚竿、旗桿、國欄扶手、標志牌等；建筑行業(yè)橋梁加固、橋梁維修等都會用到拉擠材料。高速公路上的隔離欄、標志板、天橋上的扶手都會用到拉公眾號:調(diào)研紀要擠材料。應用較多是在風電市場的拉擠板，包括玻謫纖維以及碳纖維的拉擠板，主要用于風電的主梁。包括風電葉片根部以及腹板也會用到拉擠材料。拉擠工藝在市場上應用非常廣泛，但是由于拉擠工藝的特征就是截面是規(guī)則的，導致它在有彎度或曲面變化的地方應用受限。未來也會開發(fā)出可以按規(guī)定或設定的曲而變化的拉擠材料。拉擠板在葉片行業(yè)的應用：葉片的主梁（也可叫梁帽或大梁）是風電葉片里主要的承力件或稱為主要的結(jié)構(gòu)件，類似于船的龍骨，如果主梁斷了，整個葉片也會斷。最初，主梁使用真空灌注方法，即把玻纖一層層鋪到上面，然后灌注樹脂；后面出現(xiàn)了預浸料，無論玻纖還是碳纖，把預浸料一層層鋪上，通過真空膜保壓后，產(chǎn)品就成型了。目前的工藝是先拉擠成一定長度的拉擠板，常用截面尺寸為120毫米X5毫米，在生產(chǎn)過程中，會把一根根的拉擠板拼在一起，中間鋪一定規(guī)格要求的布層，再把它們捆在一起放進葉片里面，和葉片一起進行灌注，灌注后脫模，成為葉片里面的結(jié)構(gòu)件。海上、陸上風電采用拉擠工藝的原因：1）拉擠工藝保證了產(chǎn)品的高容錯率。之前不管采用灌注工藝還是預浸料進行生產(chǎn)，假如在生產(chǎn)過程中有地方出現(xiàn)缺陷，對主梁的影響是致命的。比如主梁長80米，寬60厘米，只要有地方出現(xiàn)缺陷，這根主梁就有安全隱患。然而，采用拉擠板生產(chǎn)主梁，假如在生產(chǎn)過程中，某根拉擠板上出現(xiàn)問題或缺陷，可以把這根拉擠板報廢并替換上新的拉擠板。這就導致即使葉片的主梁在拼裝過程中出現(xiàn)問題，只要替換掉有問題的拉擠板就行，并不會影響到其他拉擠板。報廢一根拉擠板與報廢整根主梁相比，成本要小得多。2）拉擠工藝使得主梁的結(jié)構(gòu)更強。因為拉擠工藝的纖維含量，使用多少紗線、樹脂可以控制進行調(diào)節(jié)，紗線含量可以達到70%（體積含量），但是真空灌注的紗線含量最高只能做到60%<.纖維含量越高，主梁的力學性能或承力狀態(tài)越優(yōu)。現(xiàn)階段，陸上風電使用的拉擠板長度大都在80米到97米之間，如上海電氣有85米、89米、90米；東方電氣90米、91米；金風、中科宇能主推葉型為93米；運達有92米、97米。在80米到90多米的葉片里，除了由于合同簽約需要使用真空灌注或預浸料進行生產(chǎn)、或由于一些經(jīng)濟效益原因，基本98%葉片都采用拉擠工藝。包括海上風電的99米葉片，金風的123米葉片也都采用拉擠工藝。葉片有碳板、有玻纖板材的，根據(jù)葉型不一樣，也有一定差距。下游碳板行業(yè)對拉擠材料的規(guī)劃：中材科技、金風科技以及中復連眾都控制一些拉擠板廠家或自主生產(chǎn)拉擠板。如中復連眾子公司風電科技開始生產(chǎn)拉擠板以及風電葉片：綿陽和華美開展戰(zhàn)略合作：三一重工和風渡新材開展戰(zhàn)略合作等，都從側(cè)面說明拉擠板對風電葉片的重要性。拉擠大梁的技術(shù)情況：按樹脂劃分，現(xiàn)在絕大多數(shù)廠家使用的是環(huán)氧樹脂技術(shù)。同時大家都在積極研發(fā)聚氨酯的拉擠工藝。聚氨酯樹脂相比較于環(huán)氧樹脂，價格更低，更適合未來風電行業(yè)裝機價格不斷下降趨勢。但在短時間里，聚氮酯樹脂對材料以及空氣中的水分含量要求較高，未來3?4年之內(nèi)，環(huán)氧樹脂仍占主流。材料廠家：國內(nèi)做玻纖的拉擠廠家主要是泰山玻纖、重慶國際、桐鄉(xiāng)巨石，還有國外的OC公司，OC的紗線產(chǎn)品在國內(nèi)使用量還非常高。1）碳纖方面，國外公司主要包括卓爾泰克、東麗，國內(nèi)主要包括吉林國興，吉林寶旌，浙江精功，江蘇恒神，威海光威等企業(yè)。其中，國興、恒神以及光威既可生產(chǎn)紗線、也可生產(chǎn)拉擠板以及一些碳纖維產(chǎn)品，光威的魚竿產(chǎn)品非常受歡迎。吉林國興公眾號:調(diào)研紀要近幾年在碳纖維、碳纖維碳化方面投入大量的精力以及資金。2）環(huán)氧樹脂方面，主要是臺灣上緯、上海道生大合、上?；莅亍⑺拇|樹。目前主要是環(huán)氧體系的拉擠工藝。聚氨酯生產(chǎn)廠家較少，主要為上?？扑紕?chuàng)。前年，科思創(chuàng)、上海金風以及中復連眾三家聯(lián)合研發(fā)一款長度60多米的純聚氨酯風電葉片，給未來聚氨酯風電葉片發(fā)展做了技術(shù)積累。設備廠家：現(xiàn)在用的較多是南京諾爾泰、廣東仁達、江蘇科誠和新創(chuàng)，這四家的拉擠設備做的比較好。Q&A問答Q:在灌壓法轉(zhuǎn)成拉擠法的工藝過程中，固化劑發(fā)生什么改變？A：灌注工藝大部分采用多胺類固化劑，相對來說，固化溫度會低一些。拉擠工藝采用是酸肝類固化劑，固化劑需要加熱固化，更適應于拉擠工藝。Q:每GW風機葉片固化劑單耗情況？A：每GW風機葉片理論酸所類固化劑用量為400噸。Q：酸肝類固化劑和傳統(tǒng)固化劑使用比例？A：以90米風電葉片為例，整支葉片重量25-30噸之間，拉擠工藝產(chǎn)品在6-7噸。其中，酸肝類固化劑和多元胺（傳統(tǒng)類）固化劑使用比例為1:3。酸肝類固化劑適用于拉擠工藝，作為葉片承力件，但葉片成型過程中其它部位也會用的高多元胺類固化劑。酸酥類需求隨著風電行業(yè)發(fā)展，需求不斷增加的同時，傳統(tǒng)固化劑也會增加。Q：酸肝類固化劑現(xiàn)在是否存在供需缺口？A：目前沒有大幅增加。Q:2021年風電葉片拉擠工藝滲透率？A：拉擠工藝使用最早開始于2019年-2020年，中復聯(lián)眾首先使用.技術(shù)成熟是在2020年?2021年，2021年大部分風機葉片還通過真空灌注；目前，國內(nèi)90%葉片已經(jīng)使用拉擠工藝。Q：酸肝類固化劑是否還應用于風電其它部件？A：順肝固化劑也可使用于風電葉片葉根和工字鋼部件。以往葉片裝到風機需要直接在葉片表面螺栓轉(zhuǎn)孔固定，但隨著工藝改變，目前已轉(zhuǎn)換成在風電葉片形成過程中直接裝風機里面，拉擠材料便對兩個圓滾間縫隙進行填充。風機兩葉片間的粘結(jié)處也有工字鋼連接件，同樣使用拉擠材料。以90米葉片為例，葉根3米和葉間89米處都可用到類似于工字鋼類的拉擠材料?，F(xiàn)階段國內(nèi)工字鋼用的比較少，主要用于國外。從用量來看，葉根和工字鋼部件使用會增加酸酊固化劑10%-15%需求，單GW整體增加酸肝固化劑40?60噸使用量。Q：酸肝類固化劑產(chǎn)品供應商？A：主要供應商是濮陽惠成，主要用的產(chǎn)品是甲基四氫苯昔。供應流程方面，濮陽惠成先把材料固化劑等賣到道生天合、上?；莅氐绕髽I(yè)，道生大合、上?；莅氐绕髽I(yè)再外購環(huán)氧類基材添加固化劑等配方，再統(tǒng)一賣給拉擠工藝葉片企業(yè)。Q：工字型拉擠材料目前滲透率？A：工字型拉底材料只能保證提升產(chǎn)品質(zhì)量，不是必須品，未來一兩年之內(nèi)會逐漸普及，但全面都用上，還需要兩三年。Q:上半年國內(nèi)葉片的產(chǎn)量大概是多少？A：上半年上海、江蘇受疫情影響，而大部分的樹脂廠都在上海，但一般風電行業(yè)前半年產(chǎn)量相對低一些，后半年產(chǎn)量基本是前半年二倍。目前，上半年完成度大概85%,所以疫情影響不算特別大。Q:上半年葉片庫存情況？A:上半年各家產(chǎn)量不是特別飽和，有一定庫存，但庫存不多。下半年產(chǎn)量依舊可以達到上半年兩倍的水平