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風電葉片結構膠在線涂膠解決方案應用研究——顧明泉/風電葉片粘接技術總監
2017-04-22
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各位領導、各位嘉賓、各位風電界的同仁大家上午好！今天很高興參加這次盛大的會議，而且代表咱們公司康達新材來給
各位領導、各位嘉賓、各位風電界的同仁大家上午好！今天很高興參加這次盛大的會議，而且代表咱們公司康達新材來給各位同仁們匯報一下我們2016-2017年年初所做的部分工作一個簡要的情況，其中有一項就是風電葉片結構膠在線涂膠解決方案應用研究。
我今天的報告內容主要分八個方面，先來介紹一下咱們公司康達新材?？颠_新材料成立于1988年，這29年來始終專業致力于為工業和民用多領域提供各類高新材料產品粘結解決方案。目前康達有將近300種膠黏劑為主的高新材料產品，覆蓋風能、軟包裝、光伏、汽車、軍工、環保、機械、電子、裝備等行業領域。
上?？颠_新材是上海市高新技術企業、上海市創新型企業、上海市小巨人培育型企業、公司建設有上海市工程膠黏劑研發中心、上海市博士后科研工作站、上海市領軍人才建設企業。目前擁有發明專利30余項，其中已授權22項。
公司擁有較強多風電技術能力，首先是29年的有機膠黏劑產學研銷之路，鑄就我們康達品質擁有萬達牌商標。擁有10年以上風電葉片結構膠研發應用發展經驗，公司檢測中心建設有CNAS、GL雙認可檢測實驗室，處理數據能力達到10萬組每年以上。公司的結構膠產品掛機運行今年正好超過10年，公司研究所擁有100余人企業技術研究隊伍以及專業多風電事業團隊。
我們這個項目介紹一下它的應用創新的背景，首先是風電政策的導向。大家知道“十三五”規劃已經明確提出，這里暫時不再贅述。剛結束的兩會上，李克強總理的政府工作報告也提出了要抓緊解決問題，優先保障可再生能源發電上網，有效環節季風等狀況，為風電持續發展進一步引導了方向和掃清了障礙。
我們這個應用研究的項目是在葉片大型化趨勢這么一個時間段提出來的，作為風電機組最重要的功能組建。葉片要求在使用壽命內擁有持續而且有穩定的力學和老化性能。目前風電制造最大葉片已經超過80米，已經進入大葉片時代，超大型葉片意味著對材料性能、工藝和質量可靠性要求更高，其中核模粘結質量是一大關鍵。
我們迎來低風速時代，加劇了葉片大型化的態勢。就結構膠而言，傳統的手工涂膠方式帶來的粘接這么一個效果會隱含氣泡、缺膠、膠型膠量非標、粘結厚度難控與粘結強度可靠性不足等問題隱患，我們需要加強葉片材料創新，提升原材料應用環節，消除質量缺陷或瑕疵，促使葉片制造大型化、精益化，推動由“量”向“質”的轉變。
這些圖片顯示是在人工涂膠的工藝時代，就是說各種典型的質量缺陷或者瑕疵，由此我們需求一攬子解決方案，盡可能消除所有缺陷或瑕疵發生的可能性。
來介紹一下我們在線涂膠方案的提出。我們著重解決的目標在于這四個方面：一是要促使粘結可靠性進一步提升；二是要使得合模施工的工藝穩定性進一步提升，還有粘結施工的效率進一步提升，以及合模粘結成本需要進一步降低，這也正契合我們這次大會的主題降本增效。
在線作業它的一個主設計就是融合機械集成化以及工裝精密化這兩大核心。這個是工藝設計的思路，暫時不做全面介紹。
這個是在線涂膠機的裝置機理，其中包括主機、搖臂桿、遠程的混合裝置，混合系統，以及它的底盤和移動裝置。在它的打膠末端配置有推膠盒以及橡膠軟管連接。
在線打膠機目前比較成熟，設計尺寸搖臂長達到6.3米、高度可以達到近4米，觸膠速率設計是10-18公斤每分鐘，混合的精度在正負2的重量比例范圍之內。這個是腹板起吊定位工裝設計，通過吊裝、重壓、墊塊等調節位置和精確定位，通過吸盤可以增強定板的精確性，通過涂膠盒和刮膠板的設計可以有效的設計機型，使用不同的刮膠板然后在在線涂膠前將其配套在涂膠盒上進行使用。
來看一下在線涂膠的解決方案。這一部分重點是看圖說話，我們首先要把推膠盒預先擺放在膠型起始點的部位。這個是在線涂膠通過將傳統的手工操作升級為機械在線涂膠，可以有效的實現涂膠工藝的限量化。在線涂膠工藝有效的配置人員，實際上只需要3名，其他的人員可以作為輔助。這是單機涂膠的一種作業模式。這個是雙機涂膠，一般情況下雙機涂膠可以有效的提升作業的效率，然后實現腹板定位、吊裝。雙機操作可以提供快捷的涂膠效率，同時有效配置僅需6人。這個是作業的工序。
來看我們的重點部分就是我們進行的大葉片的試制應用型研究，將在線涂膠解決方案推向應用環節。在線涂膠試制之前我們設置了7項目標，分為四大方面。重點實現的是前3大目標。一個是有效控制以及消除明顯的質量缺陷或者瑕疵。第二方面有效的控制膠層厚度，實現粘接質量的可靠穩定。第三是有效保證結構膠的粘接固話和粘結固化程度，促使結構膠能夠實現完全固化。
這是我們采用的主要實施方案，分為五大方面：一是使用在線涂膠設備；二是對于工藝方面和定位工件方面聯合配合，通過不同尺寸規格的涂膠盒與不同涂膠段膠量的設計控制，實現合模膠厚和膠量的均勻、完好、可控。三是通過預合模調整以及對于各方面修平和打磨等措施，調節合模間隙，實現膠層厚度控制；四是通過試驗和模擬通過粘接現場的粘接效果等實際，評價粘結質量提升效果，為這個項目成效提供數據支撐。五是通過崗位設定和人員培訓，明確人機結合的崗位責任制等方面都有相應的方案支持。
2016年10月份我們在邯鄲中材基地開始大葉片在線涂膠試制工作，合模葉型為56.8m，共試制10套，一直到1月16日全部試制完成，先后共有6套模具參與了試制過程取得了良好的效果。
這張圖顯示在線涂膠機的實景，其中它的旋臂長度是一大亮點。這個是起吊工裝的工作圖，可以保證腹板不出現位移形變。根據每個模具局部的合模實際需要設計不同的推膠盒刮膠板口型，能夠適應不同部位的需求。
這些圖片顯示的是試制的現場。我們的在線涂膠設備是采用了兩臺，這是其中第一臺，顯示它的比例范圍精度是控制在正負1之內的，已經超出了我們的預期。它的出膠速率一直很好的穩定在10公斤每分鐘。這是第二臺的相關參數，也是在各個模具上表現良好。
可以看一下我們出膠以后典型的涂膠面的一個效果情況，膠面顯得非常平整和潤滑，顯示出很好的規整性。這個是記錄各模具的一個膠溫的變化情況，由此可以看出在一個半小時之內它的溫度變化幅度很小，顯示出在線涂膠這樣一個操作工藝的連貫以及良好的膠溫控制性。
這個曲線顯示的是我們的一個電加熱模具的加熱制程，它的固化溫度是80度固化。啟模以后我們發現無論是腹板區域的粘結膠倒角以及前后緣和根部的粘結區域都顯示出良好的平整性，膠層顯得非常的致密而規整。通過Tg及NDT檢測發現它的固化程度非常完好，葉片合模膠層無缺膠等質量瑕疵。
統計了一下資源的利用效率，原來操作班組手工涂膠總的人數，包含打膠房的所有加在一起差不多十五六人，現在有效的降低至7-11人，有部分人員還是屬于輔助，共節約人工大約在30%以上。同時它將合模的時間以及效率有效的提升了將近26%。這個是施工現場的圖片，可以看出由原先的手工刮涂的人員的不甚規整性，到現在涂膠層的操作規范性，對于應用質量的提升是非常有幫助的。
推膠盒結合擠壓推動，使膠型表面光亮圓潤，推膠板保障了膠型尺寸，防止了缺膠等質量缺陷的存在。對于原先手工刮涂這一塊產生的缺膠缺陷，以及小型的孔眼等瑕疵現在已經不復存在了。固化后典型的性能顯示是沒有缺陷，沒有瑕疵的，同時膠層因為聚合程度非常致密，而且性能更佳，產生了一個更好的聚合粘結效果，切割紋路顯示是一個分平滑的切割紋路，有點類似于石材的切割紋路。
總結一下我們在線涂膠綜合的效果主要體現在以下五方面：一是使得膠型更完整、飽滿，無缺膠，減少浪費。二是表面更平滑，無缺膠或表面瑕疵；三是膠層厚度得以控制在6毫米之內，粘結質量更趨一致；四是氣泡參與基本消除或沒有隱患。五是粘結效率提升，節約人工，更加便捷。
這個是結構膠固化以后的粘結效果，總體而言在膠體上倒角更加平整，沒有二次擠出，沒有缺膠氣泡等粘結缺陷。
結合以上的過程我們得出該應用研究的結論，在線涂膠解決方案使得葉片合模膠在粘結可靠性、涂膠操作效率、合模工藝穩定性等大幅提升，同時降低了造作成本。
本項目設定了4方面共7項指標目前已經全部達成，在線涂膠工藝方案是由中材、康達、以及設備廠家新帕三家公司聯合開展，目前以及在56.8m大葉片批量化的應用取得了一下成效，一是使得氣泡缺膠等瑕疵或者是缺陷徹底消失，粘結質量更加穩定可靠。二是它有效控制了膠層的厚度，使得粘結的力學性能發揮至最佳。三是使固化聚合度更加穩定可靠。四是形成了一系列的項目指導規范文件，以及現場的數據記錄。
我們推介以及發展這套在線涂膠方案它有著很深刻的意義，尤其是在現在葉片大型化這樣一個時間段。通過各項數據記錄表明，在線涂膠解決方案將合模工藝深入革新為機械+工裝為主的操作模式，強化了機械化程度，消除了人的靈活性以及不穩定性帶來的一些質量瑕疵或者隱患。全面提升了粘結的可靠性，涂膠操作效率以及工藝穩定性，同時一定程度的控制了成本，可以實現標準化、規范化的作業流程，全方位滿足大型葉片的合模操作需要，這必將為大型風電發電葉片制造質量可靠性注入更堅實的信心。
這一新技術發展的意義還提升了大葉片粘結成型質量帶來更好的可靠性，同時也可以助力海上風電規范化制造技術，確保運行無憂，并且為其它行業復合材料部件粘結制造提供了借鑒意義。由此可以加速葉片制造由量向質的轉變進程，有利于推進十三五風電發展計劃的一個風月。
康達新材一直并且將繼續以發展優質新能源的原材料為己任，持續創新技術、優化產品，滿足風電走向低風速、大型化、海洋化的需求。我們將與上下游廠商緊密合作，提供全程解決方案，力求在大葉片結構膠性能保質保量的前提下，通過優化和改進，實現最佳的質量應用以及持續為風電制造創新做貢獻。
近年來，康達結構膠大量應用于55米以上大型葉片制造。最大的葉型是由明陽的69.6m兩葉型的情況，是于2014年掛機的，在東汽59.6葉片葉型上面也通過了SGS的全葉片疲勞測試，實現了批量化生產。過程中我們始終與諸位客戶深入合作，互相扶持，一起前進，未來我們也是希望更加精誠合作，一起來開創一個更加完美的大葉片時代。以上是我的報告，非常感謝大家的聆聽，祝各位嘉賓生活美滿、工作愉快，謝謝?。ǜ鶕儆洶l出，如有錯誤請諒解?。?/span>
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