常用的夾芯材料
目前,用于復合材料夾層結構的夾芯材料主要有:硬質泡沫、蜂窩和輕木三類。硬質泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亞胺(PEI)和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)、熱塑性聚乙烯(PET)等。
蜂窩夾芯材料有玻璃布蜂窩、NOMEX蜂窩、棉布蜂窩、鋁蜂窩等。蜂窩夾層結構的強度高,剛性好,但蜂窩為開孔結構,與上下面板的粘接面積小,粘接效果一般沒有泡沫好。
輕木夾芯材料是一種天然產品,市場常見的輕木夾芯為Baltek®(博泰克)品牌的SB系列Balsa木。Balsa輕木主要產自南美洲的種植園,由于氣候原因,Balsa木在當地生長速度特別快,所以比普通木材輕很多,且其纖維具有良好的強度和韌性,特別適合用于復合材料夾層結構。
目前,加鋁(Alcan)復合材料集團旗下的芯材事業部能夠提供種類齊全的芯材產品,擁有多種類型的泡沫產品和厄瓜多爾大部分的輕木種植園,一直引領著復合材料夾層結構芯材的研發和應用。Alcan能夠提供AIREX®(艾瑞科斯)品牌的系列硬質泡沫(交聯PVC泡沫、線性PVC泡沫、PET泡沫、PEI泡沫、PU泡沫等),以及質地優良的Baltek®(博泰克)Balsa系列輕木(全球市場份額超過70%),其產品涵蓋了復合材料行業的各個應用領域。
夾芯材料在風電葉片上的應用
夾芯材料是風電葉片的關鍵材料之一,為增加結構剛度,防止局部失穩,提高整個葉片的抗載荷能力,在葉片的前緣、后緣以及剪切肋等部位,一般都會采用夾層結構。
目前,用于風電葉片的夾芯材料主要有交聯PVC泡沫、Balsa輕木和PET泡沫。典型的設計方案是,把強度較高的Balsa輕木(密度為150 kg/m3)用于承受載荷較大的靠近葉根的部位,交聯PVC泡沫(密度為60 kg/m3)用于承載較小的靠近葉尖的部位,從葉根向葉尖方向,夾芯材料的厚度逐漸減小。也有葉片廠家只使用Balsa輕木或泡沫。
下面以Alcan集團的AIREX®C70/C71泡沫、BALTEK®SB輕木和AIREX®T92泡沫為例,說明這些芯材的特點及其在風電葉片上的應用。
葉片用PVC泡沫
PVC泡沫實際上是PVC和聚氨酯混合物,但常常都簡單的說成PVC泡沫。PVC泡沫耐苯,所以能夠和聚酯樹脂共同使用。交聯PVC泡沫具有很好的靜力和動力性能,可以用于承載要求高的產品。使用溫度在-240℃~+80℃之間,并且能夠耐多種化學物質腐蝕。