随着风力发电行业的迅速发展，对风电叶片的性能和制造成本提出了更高要求。碳纤维复合材料因其高强度、轻质等特性，成为风电叶片主梁结构的理想材料。拉挤-真空导入组合成型工艺作为一种先进的复合材料成型方法，在提高生产效率和降低成本方面具有显著优势。本文旨在研究碳纤维复合材料主梁结构拉挤-真空导入组合成型工艺的优化及其性能表现。
拉挤工艺概述
拉挤工艺是一种高效连续的复合材料成型方法，特别适用于生产具有恒定截面的复合材料型材。在碳纤维板材的拉挤成型过程中，碳纤维从纱架上引出并按预定方式排列，经过树脂浸渍、预成型和模具固化等步骤，最终形成坚硬的碳纤维复合材料。该工艺不仅提高了材料的强度和刚度，还赋予了其轻质和卓越的耐腐蚀性。
真空导入模塑工艺（VIMP）概述
真空导入模塑工艺是一种利用真空负压将树脂导入模具中浸润增强材料并固化的成型方法。它适用于大型复杂结构的复合材料制品，具有成型质量高、材料利用率高等优点。在风电叶片主梁制备中，VIMP工艺常用于将堆叠的拉挤板材制备成主梁样品。
拉挤-真空导入组合成型工艺优化
材料选择与预处理：选用高质量的碳纤维和适宜的树脂体系，确保材料的性能和兼容性。对碳纤维进行预处理，如除油、除尘等，以提高与树脂的浸润性。
拉挤工艺参数优化：通过调整拉挤速度、树脂粘度、浸渍压力和固化温度等参数，优化拉挤板材的性能。确保碳纤维在树脂中均匀分布，提高板材的纤维体积分数和力学性能。
VIMP工艺参数优化：优化模具设计，确保树脂在模具中的均匀分布和快速浸润。调整真空度和树脂注入速度，以减少气泡和缺陷的产生。
堆叠与固化：合理设计拉挤板材的堆叠方式和固化工艺，确保主梁结构的整体性能和稳定性。
性能研究
力学性能测试：对拉挤板材和拉挤-真空导入组合成型的主梁样品进行拉伸、压缩、弯曲和剪切性能测试。结果表明，拉挤板材的纤维体积分数提高了约10%，具有更好的拉伸、压缩和弯曲性能。在拉挤-真空导入组合成型的主梁样品中，以玻璃纤维为增强纤维时，整体力学性能提升明显；以碳纤维为增强纤维时，剪切性能略有降低。
疲劳性能测试：对拉挤-真空导入组合成型的主梁样品进行四点弯曲疲劳试验。结果表明，在低应变水平下，以玻璃纤维和碳纤维为增强纤维的主梁样品疲劳性能分别提高了54.61%和70.59%。然而，在高应变水平下，碳纤维增强主梁的疲劳性能降低了56.10%，这可能与碳纤维的脆性有关。
环境适应性测试：针对风电叶片可能面临的恶劣环境，如高盐雾、高湿热等，对主梁样品进行环境适应性测试。结果表明，采用碳纤维主梁结构和拉挤-真空导入组合成型工艺的主梁样品具有良好的环境适应性和耐久性。
结论与展望
本文通过对碳纤维复合材料主梁结构拉挤-真空导入组合成型工艺的优化及性能研究，得出以下结论：
拉挤工艺和VIMP工艺的优化参数能够显著提高碳纤维复合材料的力学性能和疲劳性能。
以玻璃纤维为增强纤维时，拉挤-真空导入组合成型的主梁样品整体力学性能提升明显；以碳纤维为增强纤维时，需关注其剪切性能和疲劳性能的平衡。
采用碳纤维主梁结构和拉挤-真空导入组合成型工艺的风电叶片具有良好的环境适应性和耐久性。
未来，将进一步研究不同材料体系、工艺参数对碳纤维复合材料主梁结构性能的影响，以及探索更高效、更环保的成型方法，为风电叶片的制造提供更多创新解决方案。
