专注拉挤 聚焦风电 标准规范 协同发展——第六届复合材料拉挤型材技术交流会顺利召开

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2022810日,由中国硅酸盐学会玻璃钢分会(简称学会)、中国复合材料工业协会拉挤专业委员会(简称协会)举办的第六届复合材料拉挤型材技术交流会在江苏连云港顺利召开。会议专注拉挤成型工艺、技术和设备的提升,聚焦拉挤应用的重要领域——风力发电,重视标准规范引领作用,邀请了来自全国高等院校、科研机构、知名企业的11位专家做主旨报告,吸引了清华大学、东南大学、北京工业大学、全国纤维增强塑料标准化技术委员会、中国华能集团清洁能源技术研究院、新疆金风科技股份有限公司、浙江运达风电股份有限公司、国能联合动力技术连云港有限公司、三一重能股份有限公司、中材科技风电叶片股份有限公司、连云港中复连众复合材料集团有限公司、东方电气(天津)风电叶片工程有限公司、株洲时代新材料科技股份有限公司、北玻院(滕州)复合材料有限公司、哈尔滨玻璃钢研究院有限公司、北玻电力复合材料有限公司、北京玻钢院检测中心有限公司等单位的近200名专业代表参会。上午会议由东南大学万水教授主持。

中国硅酸盐学会玻璃钢分会副秘书长、中国复合材料工业协会拉挤专业委员会主任委员、清华大学冯鹏教授致开幕辞,冯鹏教授对各位专家、各位代表的到来表示诚挚欢迎,对长期以来给予学会、协会关心和支持的业界同仁表示衷心感谢。冯鹏教授回顾了拉挤技术交流会发起及成长路程,他表示,借助GB/T 31539-2015 《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》宣贯的机会,学会在南京组织召开了第一届拉挤技术交流会,截至目前已成功举办了5届,搭建起学术界和产业界沟通交流的平台,创造了拉挤技术交流全国性品牌。思想的碰撞,聚氨酯、拉绕等新技术、新工艺的交流展示也有效地推动了产业的发展。展望未来,随着自动化、智能化的发展以及双碳政策的实施,拉挤——这一非常有代表性的产品,将发挥其巨大的潜力,助力复合材料产业及风力发电、轨道交通等相关应用领域高质量发展。

简短而热烈的开幕之后,进入技术交流环节。

冯鹏教授向与会代表分享了复合材料拉挤型材市场发展与研究动态。据介绍,2021年拉挤生产线增长迅速,大部为配套风电大梁板。冯鹏教授表示,在行业快速发展的同时,需要警惕产品过于单一的潜在风险,纤维筋材或将成为产业未来发展的一个支撑。

随着拉挤产业的不断发展,拉挤型材优化和标准化工作也不断推进,建立了产品标准、应用标准和测试标准,拉挤型材的各项标准支撑了其应用。拉挤型材作为性能优越并具有独特优势的工程结构材料,在“双碳”背景下,市场前景十分广阔,希望充分发挥其工程结构材料特性,不断实现产品多样化、制造过程的低成本化和智能化、制品的高品质化,提升应用场景,解决工程问题。据统计,未来十年,建筑、风电、汽车、体育将成为最具市场前景的应用领域,拉挤型材也将充分发挥其工程结构材料特性,获得更大的发展。

冯鹏

冯鹏教授做“复合材料拉挤型材市场发展与研究动态分析”的报告

连云港中复连众复合材料集团有限公司(简称中复连众)黄辉秀副总工程师分享了拉挤板材在风电叶片主梁中的应用研究以及未来设想。据介绍,在叶片产品开发方面,2018年到2020年,中复连众用时2年将叶片延长了6米,2021年至2022年,用时1年将叶片延长了10米,得益于拉挤板材的研发。拉挤工艺能充分挖掘纤维自身能力,节省大量社会资源,因此拉挤技术应被视为一种绿色技术,并且拉挤板材属性与行业需求高度匹配,具有高模量、高刚度/密度比;模块化生产,降低了对空间的要求;高的生产效率及大幅降低拉挤主梁的缺陷率及报废率推动了风电叶片生产效率和性能的提升。与此同时,拉挤主梁也存在表面处理难、拉挤板与叶片模具之间是几何匹配不好、拉挤大梁组装吊装困难、缺陷不好检测等7大挑战,对此提出了无脱模布拉挤片材、叶片辅梁采用拉挤板材、拉挤碳板应用于陆上风电叶片等设想。

黄辉秀

连云港中复连众复合材料集团有限公司黄辉秀副总工程师做“拉挤板材在风电叶片主梁中的应用研究以及未来设想”的报告

中材科技风电叶片股份有限公司李成良副总经理与参会代表共同讨论了复合材料拉挤梁在叶片制造中存在的技术及质量问题。据介绍,随着全球风能产业的迅速发展,风电成为各国发展清洁能源的主力军,我国风电新增以及累计装机容量稳居世界第一位,为全球风电快速发展做出重要贡献。风电机组单机容量持续增大,使得叶轮尺寸不断增加,“大叶轮、高塔架、细长叶片及风场定制化设计”成为典型的低风速区风能利用技术路线,陆上主流机型从1.5MW平台进化到4.0MW及以上平台,叶片长度从40m级增加至百米级。叶片设计轻量化、生产效率高、制造成本低催生了高性能拉挤板的诞生。相比灌注层合板,玻纤拉挤板材拉伸模量、压缩模量都有了很大的提升。与此同时,为顺应叶片大型化发展需求,超高模量玻纤的拉挤产品不断被开发。目前玻纤拉挤板在风电行业快速大批量使用,碳拉挤板/碳玻拉挤板也有快速发展趋势,拉挤技术将成为风电叶片主流成型工艺。未来,随着国内、外通用的风电叶片用玻纤拉挤板材技术标准的建立,以及成本的进一步降低、效率的进一步提高、性能的进一步提升,拉挤板材将在风电叶片中取得更大的应用。

李成良

中材科技风电叶片股份有限公司李成良副总经理做“复合材料拉挤梁在叶片制造中存在的技术及质量问题探讨”的报告

株洲时代新材料科技股份有限公司风电材料开发部陈煌部长分享了风电叶片用玻纤拉挤板材性能研究进展。据介绍,不同的纤维类型、不同的纤维含量对拉挤板材疲劳性能、模量均有不同的的影响。在树脂含量不变时,采用高模量的玻纤纱线,板材的模量(0度方向)明显提升。玻纤质量含量提升,板材的模量(0度方向拉伸、压缩模量)逐步提升。在纤维类型及含量不变时,不同的拉挤树脂对板材的静态性能、疲劳性能影响较小。拉挤树脂主要影响板材的断裂韧性、90度方向的拼接性能。

陈煌

(株洲时代新材料科技股份有限公司风电材料开发部陈煌部长做“风电叶片用玻纤拉挤板材性能研究”的报告)

原中国复合材料工业协会陈博研究员分享了在线编制拉挤技术进展及应用。介绍了在线-编织拉挤工艺的发展历程,对比了纤维缠绕法、成品纤维套管拉挤法、在线针织纤维套管拉挤法、在线编织-拉挤成型方法的优缺点,以实际案例,生动详细的介绍了在线编制拉挤技术。

陈博

原中国复合材料工业协会陈博研究员做“在线编织拉挤技术进展及应用”的报告

下午的报告由北京工业大学刘天桥教授主持。

北京航空航天大学吴瑞东博士分享了碳纳米纤维增强热塑性复合材料的蠕变机理研究成果。通过建模和验证,探究CNT不同含量以及团聚程度对PP/CNT复合材料拉伸及蠕变性能的影响规律,通过观察微观结构变化与分子链行为分析CNT影响复合材料力学性能的机制,探究CNT增强PP树脂对不同荷载的抵抗能力,旨在推动FRTP复合材料在工程中的应用。提出,加入CNT可以有效提升拉伸性能,并阻碍蠕变破坏的发生,但CNT含量的持续增加引起复合材料脆性的持续增加,在实际应用中可以通过后续纤维的加入得到改善;CNT团聚造成复合材料力学性能的下降,需要通过合适的制备手段改善CNTPP基体中的分散性,重点关注其微观形貌特征,需要避免大尺寸CNT团聚簇的形成;无法避免团聚现象时,添加CNT含量为3 wt% 左右时最具经济效益;PP-CNT界面的结构与性能对于复合材料力学性能至关重要,制备过程中需要对PP-CNT界面性能进行重点关注。

吴瑞东

(北京航空航天大学吴瑞东博士做“碳纳米纤维增强热塑性复合材料的力学性能研究”的报告)

广东仁达智能装备有限公司市场部陈燕奇总监分享了复合材料拉挤成型智能化装备的研究进展。据介绍,该公司是一家集研发、制造、销售、服务于一体的碳纤维、玻璃纤维拉挤制品智能化设备专业厂家,拥有一支由业内资深技术人士组成的研发队伍,采用国内外先进生产工艺,致力为碳纤维、玻璃纤维拉挤复合材料企业用户提供自动化智能化的拉挤、编织、缠绕、切割、卷扬、打包、码垛、钻孔、修边、打磨、清洗等整套、完善、高效的工段装备。该公司生产的玻璃钢往复式液压拉挤设备生产线,丝杆传动拉挤设备生产线,伺服液压式拉挤设备生产线,履带式拉挤设备生产线等拉挤成型智能化装备广泛应用于拉挤生产企业。

陈燕奇

广东仁达智能装备有限公司市场部陈燕奇总监做“复合材料拉挤成型智能化装备”的报告

AOC中国/金陵力联思葛平经理分享了从太阳能组件边框项目看拉挤复合材料的发展的报告。据介绍,在竞争日益激烈的汽车行业中,汽车喷漆车身面板上的A级表面光洁度必须完美无瑕且和谐。目前,汽车公司及其供应商必须主要依靠人工检查,以确保A级表面金属车身面板与复合材料制成的车身面板之间的协调一致。葛平经理展示了不同材料和成型工艺下纤维增强聚合物复合材料制品的表面质量,研究表明,树脂类型、纤维类型与结构、铺层方式、填料的类型、物料分布、模具类型、工艺压力和温度等都会影响FRP复合材料的表面质量。各种不同化学结构和组分的树脂在不同固化条件下收缩也是不同的。将A级表面SMC的低收缩理念借用到高表面质量的拉挤制品中。混合料良好的分散及合适的流动性、预成型装置的设计、纤维材料的分布和定位都将对拉挤复合材料表面质量有重要影响,对此AOC推出特殊类型的拉挤树脂,可适才所有和专业定制。

葛平

AOC 中国/金陵力联思葛平经理做“从太阳能组件边框项目看拉挤复合材料的发展”的报告

北玻院(滕州)复合材料有限公司研发部贾晨辉经理分享了拉挤型材用高性能树脂应用技术研究成果。据介绍,2017年,北京玻钢院复合材料有限公司创建北玻院(滕州)科技产业园,作为北玻科技成果转化基地,涵盖研发、技术中心、制造中心,建设高端复合材料制品产业园区和航空航天特种树脂材料产业园区,占地640余亩,计划投资4亿元。

高端复合材料制品产业园区已建成风电叶片模具生产线、轨道交通复合材料生产线、高温透波天线罩生产线、海洋工程复材和机场道面板生产线、风电拉挤梁玻板生产线等关键成型、加工设备300余套,具备年产各类拉挤型材30000吨的能力;叶片模具连续四年市占率国内第一,累计销量500余套;复合材料疏散平台市场占有率连续三年国内第一,累计供货10个城市,50余条线路,业绩里程800公里。

航空航天特种树脂材料产业园区已建成年产2万吨航空航天特种聚合物生产线和年产200万㎡航空航天高性能预浸料生产线,规划建设年产5万吨风电灌注及拉挤环氧树脂生产线,主要生产耐烧蚀专用酚醛树脂、航空复材树脂及预浸料、高性能环氧树脂。其中耐烧蚀专用酚醛树脂为国防专用酚醛树脂指定生产单位,市场占有率85%以上。“神舟”系列飞船的返回舱防热材料全部采用该公司研制生产的烧蚀专用酚醛树脂。研发的民机用阻燃抗冲酚醛树脂及其预浸料、中高温固化环氧树脂及其预浸料。实现了民用航空复合材料国产技术为“0”的突破。高性能环氧树脂将立足风电,辐射高端,为我国航空、电子、风电等高端制造业提供有力的原材料和技术保障。

研发生产的L1401双组份快速固化环氧树脂,可实现快速固化,可在0.4~0.7m/min速度下稳定连续生产;浸润性好,制品富树脂条纹少,拉挤效率高;耐热性好,固化物Tg120℃;固化物韧性好、力学强度高;室温下具有较长的适用期,适用于拉挤成型工艺,主要用于风电叶片梁拉挤玻板的制备。同时,还可生产大尺寸玻璃钢道面板灌注环氧树脂、叶根挡板灌注环氧树脂、叶片模具灌注用环氧树脂、高性能预浸料环氧树脂。

随着基础理论研究的不断强化,树脂体系结构、配方设计及性能验证技术能力的不断提高,环保的理念将贯穿高性能树脂原材料、制造和使用的各个环节,大型、超大型复合结构部件的制造技术将得到大力发展,低成本、低排放设计、制造与应用技术将成为日后激烈的市场竞争中有力的筹码,公司将不断提升自主创新能力,拓展高性能树脂基复合材料在各高端市场的应用。

贾晨辉

北玻院(滕州)复合材料有限公司研发部贾晨辉经理做“拉挤型材用高性能树脂应用技术研究”的报告

清华大学唐骏甜博士分析了纤维增强复合材料结构的碳排量。据介绍,建筑业碳排放严重,占总体的约20%,对减排的新材料和新技术需求迫切。相比传统建筑材料,纤维增强复合材料具有诸多优势,如相比于拆旧建新方案,使用碳纤维布加固混凝土梁不但可显著提高梁构件的承载力,而且可以减少70%90%的碳排放量。复合材料桥梁自重较轻(结构重量仅为同类型钢结构的一半),材料生产造成的碳排量较小;较轻的上部结构带来较小的下部结构,以及在运输和施工过程中的其他附加效益。沿海高碱性环境要求特殊的防腐设计,复合材料耐久性好,与钢筋混凝土桥和钢桥相比,在材料生产阶段的碳排放量分别降低了38%12%;复合材料自重轻,在材料运输、结构建造等阶段的碳排量均小于同类型混凝土和钢桥。对比不同工艺,其中SMC、纤维缠绕和拉挤成型更具环保效益。

经计算与分析,复合材料三种典型应用形式(布、筋、型材)均表现出较低的碳排量,虽然复合材料碳排放因子较高,但复材结构自重较轻,因此复材结构整体碳排量较低。在考虑结构全生命周期(材料生产、运输、建造、维护、拆除、回收),预计具有较大的潜在减碳能力。

唐骏田

清华大学唐俊甜博士做“纤维增强复合材料结构的碳排量分析”的报告

中复碳芯电缆科技有限公司技术研发部刘传瑞经理分享了拉挤成型工艺及其在风电叶片上的应用成果。据介绍,自2013年开发拉挤预埋根部螺栓套,2019年拉挤环氧玻璃纤维大梁板的批量应用,2020年开发碳纤维大梁板NORDEX项目,2021年开发碳玻混杂大梁板、免脱模布大梁板,近10年来,不断开发新产品新技术和新工艺。报告展示了拉挤大梁板应用情况:碳纤维拉挤大梁板叶片、玻璃纤维拉挤大梁板叶片、碳玻拉挤大梁板混杂叶片,以及聚氨酯大梁板、免脱模布、碳纤维大梁板、碳玻混大梁板的研究进展情况。

刘传瑞

中复碳芯电缆科技有限公司刘传瑞经理做“拉挤成型工艺及其在风电叶片上的应用”的报告

随着拉挤产业的不断发展,技术的传承以及人员培训问题也亟需得到解决,为此,中国硅酸盐学会玻璃分会拟在行业中开展培训方式灵活、表现手段多样,可重复学习等优势的视频培训工作,并已为北玻院(滕州)复合材料有限公司开发出叶片拉挤梁生产操作视频,已正式投入使用,解决了一线员工操作培训难题,对该公司操作规范化、标准化和产品质量的提升起到了很好的推动作用。

一天的会议紧张而充实,参会专家和代表围绕拉挤技术、工艺、装备以及原材料体系进行深入的沟通交流,发挥学会、协会平台作用,共同推动拉挤产业的发展与进步。

本次会议还得到了《复合材料科学与工程》杂志社、中国玻璃纤维与复合材料产业发展联盟、中复碳芯电缆科技有限公司、AOC中国/金陵力联思树脂有限公司、广东仁达智能装备有限公司的大力支持。

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