風機葉片RTM工藝模擬分析及其優化

      利用RTM模擬仿真系統對風機葉片的RTM充模過程進行了三維模擬，以優化其成型工藝方案。通過比較和分析葉片根部線注射和側面線注射兩種注射方式的模擬結果，確定側面線注射為最佳注射方式。通過比較8個側面注射位置的模擬結果，優化得到最佳的注射位置、合理的溢料口位置以及選擇溢料口的依據。模擬優化的RTM工藝方案為：葉片側邊線注射，注口位置在距根部500 mm處，3個溢料口分布在葉片根部和尖端。實際制造中采用此方案得到了滿意的產品，模擬優化RTM工藝大大降低了復合材料構件的制造成本，為其他類似構件的合理制備和優化設計提供了參考依據。

       復合材料風機葉片是風力發電系統的關鍵動部件，直接影響著整個系統的性能，要求具有長期在戶外自然環境條件下使用的耐候性和合理的價格。因此，葉片的設計和質量十分重要，被視為風力發電系統的關鍵技術和技術水平代表。

      傳統復合材料風力發電機葉片多采用手糊工藝( Hand lay- up)制造。手糊工藝生產風機葉片的主要缺點是產品質量強烈依賴于工人的操作熟練程度及環境條件，生產效率低而且產品質量波動較大，產品的動靜平衡保證性差，廢品率高。葉片在使用過程中由于手糊工藝過程中的含膠量不均勻、纖維／樹脂浸潤不良及固化不完全易出現裂紋、斷裂和葉片變形等問題。此外，手糊工藝過程伴有大量有害物質和溶劑的釋放，有環境污染問題。因此，目前國外高質量復合材料風機葉片往往采用RIM（聚胺酯反應注射成型）、RTM、纏繞及預浸料／熱壓工藝制造。其中RTM工藝適宜中小尺寸風機葉片的中等批量生產(5000～30000片／年)。RTM工藝是首先在模腔中鋪放好按性能和結構要求設計好的增強材料預成型體( Preform)，采用注射設備將專用低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔，排氣系統保證樹脂流動順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維，并且模具的加熱系統可使樹脂加熱固化而成型復合材料構件。RTM工藝屬于半機械化的復合材料成型工藝，特別適宜一次整體成型的風力發電機葉片，無需二次粘接。與手糊工藝相比，其節約各種工裝設備、生產效率高、生產成本低。同時由于采用低粘度樹脂浸潤纖維以及加溫固化工藝，復合材料質量高，且RTM工藝生產較少依賴工人的技術水平，工藝質量僅僅依賴預先確定好的工藝參數，產品質量易于保證，廢品率低。

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