风电叶片拉挤工艺专家交流.docx

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1、风电叶片拉挤工艺专家交流拉挤工艺介绍拉挤工艺:指由奉引机牵引纱线,依次经过展纱、浸润、预成型、成型、梯次降温固化、载剪最终得到拉挤板材的过程,拉挤工艺属于连续性生产,理论上可以制作无限长度的板材。具体而言,展纱阶段由于碳纤维纱线和玻纤成卷方式不同在工艺上有所区别:碳纤维类似家用针线,缠在线轴上;玻纤没有线轴,线从里到外抽出使用。浸泗阶段根据配合树脂不同工艺不同:环氧类或不饱和树脂通常采用开放式浸泄,纤维通过开放式胶槽时即完成浸泗并加热固化:聚氮酯采用注射式浸泄,在全封闭环境中将树脂压入浸润。两者比较后者避免树脂挥发,对环境影响更小。纱线浸泗后先于小型模具进行初步加热后再进入成型模具加热;成型后

2、在保温的同时温度梯次降低平稳固化,避免快速固化导致的产品块陷,最终裁剪得到拉挤板材。灌注工艺:又称为真空导入工艺。最早通过手糊形式,把纤维织物浸到树脂里,再逐层贴到模具上。后续采用不透气薄膜抽真空的方式,抽出气体之后降低了它的树脂与布层之间的气泡或缺陷分层。灌注工艺流程为:首先对成型模具进行表面处理之后,把纤维织物按切割区、产品区、废料区等逐层放到模具上,再于纤维之间填充芯材用于平衡强度与重量,再在透膜布、导流网、真空带膜等辅助材料的作用下抽出纤维间空气,让内部形成负压,再将树脂真空导入灌注。透膜布用于在产品表面提供粗提界面,即可作为灌注也可以用于后期对产品进行补强:导流网用于轴助树脂流动;真

3、空带膜贴到模具后用于形成真空环境。拉挤工艺与灌注工艺区别在于:拉挤工艺可连续生产,生产效率更高;灌注工艺则需要完成一个产品后才能继续生产,但其产品平面结构更为复杂。拉挤工艺优势:拉挤工艺自1950s由美国人发明后,其优势不断在提升。1)拉挤工艺原材料利用率需。理论上纱线和树脂是在连续生产,在模具内纱线和树脂基本完全被利用:而灌注工艺模具上有产品区、切割区、辅料区,在树脂流动的过程中不可避免的出现了边角料的浪费。2)拉挤工艺可用于制造截面复杂的型材,可设计性强。某些形状特殊型材如工字型钢、塑钢门窗等都是通过拉挤工艺成型的,而灌注、手糊、预浸料等工艺很难完成。虽然3D打印、数控机床等工艺可以完成,

4、但对比拉挤工艺成本更高。此外在结构设计上可以根据型材受力特点调整特定部位纤维含量,用于定向补强型材,提升了可设计性。3)拉挤工艺生产效率高,产品质量可控性强。不同行业对拉挤工艺生产效率要求不同,风电领域目前约0.607m/分钟,未来有望进一步提升,控制成本。拉挤工艺中纱线浸润情况、设备牵引力、树脂黏度等更为可控,产品质量稳定。即使有某处质量较差,也可以剪裁后继续生产,浪费极少;而真空灌注工艺相对而言更不易控制,如果局部出现问题且不可修复,则整个板材都要报废造成浪费。4)原材料灵活性商。不同的纱线与树脂之间匹配呈多向性,不同纱线均可与同一树脂浸润生产;而预浸料工艺等若不同纱线则可能导致产品出现分

5、层等问题。拉挤产品下游:拉挤产品以棍状、管状、平板状或型材状等长条型型材为主。下游应用包括:电力行业电缆桥架、电杆支架、光纤高压电缆的碳芯(相比传统金属具有重量优势)、电气元件等;化工行业抽油杆,海上平台的护栏、格栅、支架,防腐用品等;生活中鱼竿、旗杆、国栏扶手、标志牌等;建筑行业桥梁加固、桥梁维修等都会用到拉挤材料。高速公路上的隔离栏、标志板、天桥上的扶手都会用到拉公众号:调研纪要挤材料。应用较多是在风电市场的拉挤板,包括玻璃纤维以及碳纤维的拉挤板,主要用于风电的主梁。包括风电叶片根部以及腹板也会用到拉挤材料。拉挤工艺在市场上应用非常广泛,但是由于拉挤工艺的特征就是截面是规则的,导致它在有弯

6、度或曲面变化的地方应用受限。未来也会开发出可以按规定或设定的曲面变化的拉挤材料。拉挤板在叶片行业的应用:叶片的主梁(也可叫梁帽或大梁)是风电叶片里主要的承力件或称为主要的结构件,类似于船的龙骨,如果主梁断了,整个叶片也会断。最初,主梁使用真空灌注方法,即把玻纤一层层铺到上面,然后灌注树脂;后面出现了预浸料,无论玻纤还是碳纤,把预浸料一层层铺上,通过真空膜保压后,产品就成型了。目前的工艺是先拉挤成一定长度的拉挤板,常用截面尺寸为120毫米X5毫米,在生产过程中,会把一根根的拉挤板拼在一起,中间铺一定规格要求的布层,再把它们捆在一起放进叶片里面,和叶片一起进行灌注,灌注后脱模,成为叶片里面的结构件

7、。海上、陆上风电采用拉挤工艺的原因:1)拉挤工艺保证了产品的高容错率。之前不管采用灌注工艺还是预浸料进行生产,假如在生产过程中有地方出现缺陷,对主梁的影响是致命的。比如主梁长80米,宽60厘米,只要有地方出现缺陷,这根主梁就有安全隐患。然而,采用拉挤板生产主梁,假如在生产过程中,某根拉挤板上出现问题或缺陷,可以把这根拉挤板报废并替换上新的拉挤板。这就导致即使叶片的主梁在拼装过程中出现问题,只要替换掉有问题的拉挤板就行,并不会影响到其他拉挤板。报废一根拉挤板与报废整根主梁相比,成本要小得多。2)拉挤工艺使得主梁的结构更强。因为拉挤工艺的纤维含量,使用多少纱线、树脂可以控制进行调节,纱线含量可以达

8、到70%(体积含量),但是真空灌注的纱线含量最高只能做到60%o纤维含量越高,主梁的力学性能或承力状态越优。现阶段,陆上风电使用的拉挤板长度大都在80米到97米之间,如上海电气有85米、89米、90米;东方电气90米、91米;金风、中科宇能主推叶型为93米;运达有92米、97米。在80米到90多米的叶片里,除了由于合同签约需要使用真空灌注或预浸料进行生产、或由于一些经济效益原因,基本98%叶片都采用拉挤工艺。包括海上风电的99米叶片,金风的123米叶片也都采用拉挤工艺。叶片有碳板、有玻纤板材的,根据叶型不一样,也有一定差距。下游破板行业对拉挤材料的规划:中材科技、金风科技以及中复连众都控制一些

9、拉挤板厂家或自主生产拉挤板。如中复连众子公司风电科技开始生产拉挤板以及风电叶片;绵阳和华美开展战略合作:三一重工和风渡新材开展战略合作等,都从侧面说明拉挤板对风电叶片的重要性。拉挤大梁的技术情况:按树脂划分,现在绝大多数厂家使用的是环氧树脂技术。同时大家都在积极研发聚氨酯的拉挤工艺。聚氨酯树脂相比校于环氧树脂,价格更低,更适合未来风电行业装机价格不断下降趋势。但在短时间里,聚氨酯树脂对材料以及空气中的水分含量要求较高,未来34年之内,环氧树脂仍占主流。材料厂家:国内做玻纤的拉挤厂家主要是泰山玻纤、重庆国际、桐乡巨石,还有国外的OC公司,OC的纱线产品在国内使用量还非常高。1)碳纤方面,国外公司

10、主要包括卓尔泰克、东丽,国内主要包括吉林国兴,吉林宝旌,浙江精功,江苏恒神,威海光威等企业。其中,国兴、恒神以及光威既可生产纱线、也可生产拉挤板以及一些碳纤维产品,光威的鱼竿产品非常受欢迎。吉林国兴公众号:调研纪要近几年在碳纤维、碳纤维碳化方面投入大量的精力以及资金。2)环氧树脂方面,主要是台湾上纬、上海道生天合、上海惠柏、四川东树。目前主要是环氧体系的拉挤工艺。聚氮酯生产厂家校少,主要为上海科思创。前年,科思创、上海金风以及中复连众三家联合研发一款长度60多米的纯聚氨酯风电叶片,给未来聚氨酯风电叶片发展做了技术积累。设备厂家:现在用的较多是南京诺尔泰、广东仁达、江苏科诚和新创,这四家的拉挤设

11、备做的比较好。Q&A问答Q:在灌压法精成拉挤法的工艺过程中,固化剂发生什么改变?A:灌注工艺大部分采用多胺类固化剂,相对来说,固化温度会低一些。拉挤工艺采用是酸好类固化剂,固化剂需要加热固化,更适应于拉挤工艺。Q:每GW风机叶片固化剂单耗情况?A:每GW风机叶片理论酸所类固化剂用量为400吨。Q:酸肝类固化剂和传统固化剂使用比例?A:以90米风电叶片为例,整支叶片重量2530吨之间,拉挤工艺产品在67吨。其中,酸酊类固化剂和多元胺(传统类)固化剂使用比例为1:3o酸酥类固化剂适用于拉挤工艺,作为叶片承力件,但叶片成型过程中其它部位也会用的高多元胺类固化剂。酸肝类需求随着风电行业发展,需求不断增

12、加的同时,传统固化剂也会增加。Q:酸肝类固化剂现在是否存在供需缺口?A:目前没有大幅增加。Q:2021年风电叶片拉挤工艺渗透率?A:拉挤工艺使用最早开始于2019年-2020年,中复联众首先使用.技术成熟是在2020年-2021年,2021年大部分风机叶片还通过真空灌注;目前,国内90%叶片已经使用拉挤工艺。Q:酸肝类固化剂是否还应用于风电其它部件?A:顺肝固化剂也可使用于风电叶片叶根和工字钢部件。以往叶片装到风机需要直接在叶片表面螺栓转孔固定,但随着工艺改变,目前已转换成在风电叶片形成过程中直接装风机里面,拉挤材料便对两个圆滚间缝隙进行填充。风机两叶片间的粘结处也有工字钢连接件,同样使用拉挤

13、材料。以90米叶片为例,叶根3米和叶间89米处都可用到类似于工字钢类的拉挤材料。现阶段国内工字钢用的比较少,主要用于国外。从用量来看,叶根和工字钢部件使用会增加酸肝固化剂10%-15%需求,单GW整体增加酸肝固化剂4060吨使用量。Q:酸肝类固化剂产品供应商?A:主要供应商是濮阳惠成,主要用的产品是甲基四氢笨苔。供应流程方面,濮阳惠成先把材料固化剂等卖到道生天合、上海惠柏等企业,道生天合、上海惠柏等企业再外购环氧类基材添加固化剂等配方,再统一卖给拉挤工艺叶片企业。Q:工字型拉挤材料目前渗透率?A:工字型拉底材料只能保证提升产品质量,不是必须品,未来一两年之内会逐渐普及,但全面都用上,还需要两三

14、年。Q:上半年国内叶片的产量大概是多少?A:上半年上海、江苏受疫情影响,而大部分的树脂厂都在上海,但一般风电行业前半年产量相对低一些,后半年产量基本是前半年二倍。目前,上半年完成度大概85%,所以疫情影响不算特别大。Q:上半年叶片库存情况?A:上半年各家产量不是特别饱和,有一定库存,但库存不多。下半年产量依旧可以达到上半年两倍的水平。Q:未来叶片技术进步,例如叶片大型化趋势,是否会增加固化剂在叶片上用量?A:会。海上叶片用碳板拉挤板,但现阶段海上风电用量比技少,无论是金风科技、中复连众,大部分叶片每月只生产两三只。未来两年或者三年之内,海上风电装机用量会更多,酸肝固化剂量也会持续走高。Q:碳玻叶片和电玻纤的叶片固化剂用量变化?A:工艺相同,变化不大。叶片可以做的更长。Q:叶片越来越长,单GW固化剂用量会增加吗?A:整体需求量增加,但单GW用量基本比较平稳。

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