CWPC2024：上海艾柯檢測科技有限公司常務副總兼測試中心主任謝偉民發表《風電葉片復合材料力學測試及其離散度探討》的演講

大家下午好，我今天的分享主要分為3部分。

1、公司介紹

艾柯檢測總部位于上海市松江區 -  G60科創走廊核心區域，主要從事復合材料的加工、力學檢測和分析，以及技術咨詢服務。艾柯檢測致力于成為復合材料領域領先的專業第三方檢測機構，以“共同推動復合材料的可持續發展”作為企業的使命。艾柯檢測秉承“科學準確、規范嚴謹、廉潔公正、優質高效”的質量方針，努力為客戶提供精準的測試數據及檢測報告。公司于2020年獲得上海市高新技術企業認定！公司于2021年獲得上海市專精特新企業認定！

（圖示）這是我們實驗室的認證情況，主要的復合材料測試設備。

（圖示）這是我們檢測能力情況，目前我們艾柯在風電領域已經基本做到全標準的覆蓋，包括簡單的靜態力學測試，包括拉伸、壓縮、剪切、彎曲、斷裂韌性等。疲勞力學，拉拉、拉壓、壓壓、彎曲等，都可以滿足客戶要求。子結構級別也在陸續開展當中，目前可以滿足客戶單通道拉壓彎剪的單通道需求。

（圖示）這是主要的客戶群，面對國內外主機廠商和精分廠商。

2、復合材料測試-制樣離散度分析

（圖示）尤圖是典型的玻璃纖維直線度，這張圖里纖維本身的材料性質決定了有一定的彎曲度。纖維紗束本身自帶的離散屬性。樹脂，樹脂本身的均一度良好，但在快速固化的情況下，會有一定的應力集中，會導致一定的離散。板材，纖維取向的一致性，在一定面積內，保持纖維的一致性。致的纖維含量才能得到穩定的測試結果，潤的均一性無法保證。選取一致的浸潤效果，避免一些缺陷位置，才能得到一致的測試結果。

（圖示）制樣影響因素：工藝-真空灌注。真空袋壓法，上模是軟模（真空袋），下模是硬模。試板袋膜面隨型，不平整。真空模壓法，上下模都是硬模，試板較平整，厚度和纖維含量可控。

制樣影響因素：后處理，加強片的粘接，為了輸出一致的試樣，需要在粘接過程中保證三維，長度，寬度，厚度的對稱性，平行度和垂度等。最佳的整體偏差需控制到0.03mm以內！

3、復合材料測試-測試離散度分析

當我們做了這么多改進和努力之后，我們參加了國外2毫米碳壓縮測試的比對，可以看到改進之前壓縮成本也就停留在1300和1400，普遍比較低的水平。而經過大量的改進和優化以后，目前已經能達到國外比較好實驗室的水平。以后做到1650左右，而且分析下來我們的穩定性比國外甚至更強。

進入離散度探討和分析

對于力學測試而言有一個大的前提，同軸度。艾柯以拉伸測試為例，當拉伸測試時偏軸2度時，拉伸強度往往下降5%-10%，拉伸模量左右差異會達到5%，因為這時候它的樣品可能是彎的，大家看到這里差異非常大。做好同軸度，寬度方向一般怎么追蹤呢？左邊是傳統L型頂塊，在我們大量應用時發現這樣的精度和穩定性都是不太靠譜的，所以我們艾柯也是基于這樣的痛點進行改進。發現對于復合材料寬度是可以窮盡的，就那么四五種。實際應用起來，它的精度、可靠性都可以進一步提升。

進入壓縮測試的探討，整個復合材料測試歷史當中始終是一個難點，即使到了2024年這樣的情況，我們測的很多數據還是不太理想。從這邊可以看到前輩做了很多努力，壓縮測試標準和夾具非常繁雜。艾柯自主設計的改進型混合加在夾具，我們可以用同一套夾具對同一套材料施加定量的加載方式，我們可以很好的測的材料性能。我們使用不同夾具測出碳板壓縮數據，可以看到改進后的夾具不僅可以獲得最高的強度，而且它的離散性也是比其他夾具要低。

隨著碳拉擠板大幅度應用，用戶特別關注5mm碳板測試。針對客戶的需求，也是行業的難點，我們也是自主研發了這套解決方案。從一個項目的設計到夾具研發、最終參數調試，我們都是投入大量精力。這是我們參加國外的碳板準入測試，分了2毫米和5毫米的比對數據，可以看到在正確的加載情況下，5毫米數據和2毫米比較接近的，并沒有一個統計上的顯著差異。有了這套解決方案以后，創新性是可以的，但客戶更關心是對測試而言穩定性怎么樣。當大量測試30、60個數據時，它的穩定性是不是能滿足客戶的需求。我們艾柯也是非常關注穩定性，我們也是投入了5個批次，大概60個比對測試。當我們把所有統計數據放在一起時，最低的中位數停留在1530左右，相對而言2毫米碳壓縮是小于5的，也是很優異的表現。

壓縮測試的重要性及其應用：盡可能獲取材料強度/應變真值。提高設計規格值，降低葉片成本。碳板常規質量控制手段無非是Tg、彎曲性能，這些測試穩定性，靈敏度是不太夠的，可能無法表現出這個板材的穩定性。壓縮測試對缺陷比較敏感，是質量控制的優選。當我們大量使用壓縮測試做質量控制時，事實上就能提高質控效率，降低質控成本。

（圖示）這是兩家廠商碳板拉擠板質控圖，左圖有兩個值是離群值，從樣本輸入到數據輸出判定整個流程沒有問題，就很容易得到這個板批次穩定性是有問題的，需要材料廠商做一個工藝上的改進。相對而言右圖可以看到30個數據，它的穩定性是能夠在一個統計可接受的范圍內，最終它的離散只有3.2%，非常優異的表現，那也就意味著碳拉擠板通過工藝的不斷改進能達成質量比較穩定可靠的狀態。

現在測試實驗室也非常多，每家實驗室壓縮數據差異也挺大的，這時候就要知道壓縮理論值在哪里，增強材料事實上是屬于無機材料，這樣的性能主要體現在化學進展變化上。大部分增強纖維屬于無機材料，性能主要體現在其分子結構的化學鍵角變化。普遍的，具有共價鍵或離子鍵的無機材料在壓縮時的極限強度比在拉伸時高得多；考慮到分子結構的差異，壓縮強度理論上應接近于或超越拉伸強度。

實際上實際壓縮應用過程中還有兩個問題：宏觀上，事實上我們收到客戶的來樣，它的角度可能不是90度，粗糙度也是不能符合標準的。我們認為的纖維排布是沒有任何問題，非常完美的，事實上它有角度問題、缺陷問題，還有一些曲度問題，這些方方面面變量都是最終影響壓縮數據的。

剪切測試，7078是在所有標準里的最優解。我們應用這套夾具測試時需要通過12個螺絲提供側向加載力，由于精度不太夠，使用時不能滿足最終需求。艾柯也是基于這樣的難點自主研發這套剪切夾具，能達到幾個目的：一是可視化的壓力，壓力是直接加載，并不是通過螺絲轉換得到剪切力；二是快速的追蹤；三是大大提升實驗室測試7078的效率。這里的比對圖可以看到，改進之后測試弱方向性能稍微提高一下，它的離散性也大大下降了。艾柯不僅關注數據的可靠性、穩定性，也關注它的破壞模式，我們艾柯認為只有完美的破壞模式才能正確表達出材料的真實性能。左圖是7078測試創傷度時的破壞度，很多位置不在可接觸的范圍內。改進后6個式樣破壞模式非常統一，我們認為這套夾具對于7078這個標準來說也是一個最優解。

小結：測試方案上艾柯會根據材料特性和數據分析給出最優解；在數據可靠性我們會定期進行關鍵參數比對。我們參加國外某主機廠商組織的實驗室比對結果，艾柯檢測實驗室代號：2，可以看到結果非常優異。

我的報告就到這里，謝謝大家！