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“在2011年我们就想在62米叶片上使用碳纤维主梁,制造工艺为预浸料技术。”刘卫生谈到。
但由于多种原因,预浸料工艺最终未能在62米和75米叶片中使用。而在75米碳纤维叶片的主梁上,中复连众采用的是另一种碳纤维制造工艺——真空灌注。
“碳纤叶片的真空灌注工艺与玻纤叶片的工艺非常接近,等于避开了预浸料环节。这主要得益于选择了一种合适的树脂体系,但它与做玻纤叶片的树脂还是略有差别,需要更长的灌注时间和更小的粘度,应该说75米碳纤维叶片是由于工艺的突破而获得技术上的进步。用真空灌注工艺做成碳纤维主梁,中复连众在国内应该说是第一家。”刘卫生说。
然而,以真空灌注工艺生产出的碳纤维主梁,在拉伸性能、弯曲模量方面与使用预浸料工艺的产品相比还有差距,因此为了保证性能而使用了更多的材料。这一点被直接反应在主梁的重量上:一支75米叶片所需的两根碳纤维主梁,采用真空灌注工艺的重量比采用预浸料工艺的重约700公斤。
虽然未使用预浸料工艺,但即使用了真空灌注工艺制造碳纤维主梁,其投入也是巨大的。据测算,一只接近2吨的主梁,其材料成本即达到40万左右。而且由于制造主梁的碳纤维织物不能重复利用,在进行研制的过程中有废弃的可能。同时,由于采用真空灌注的模具成本也比较高,从而产生了一定的投资风险。
在碳纤维叶片与玻璃纤维叶片的比对中,重量是最为关键的因素之一。
“随着叶片的大型化,使用碳纤维是有必要的,因为叶片减轻了重量的同时,也减少了对其他部件的载荷要求。但碳纤维价格高,处于中国市场不得不考虑成本问题,所以75米碳纤维叶片推向市场会有来自成本的一些压力。因此我们也做了玻璃纤维产品,想通过对比看看玻璃纤维的产品是不是虽然重一些,但成本也低一些,市场会更容易接受。”乔光辉说:“同时,我们也想了解碳纤维产品重量的减轻,对整个机组提高效率和降低成本有多大好处,期望在实际应用当中相互比较一下两者的区别。”
根据测算,叶片越长,使用碳纤维材料就越有优势,因为碳纤维材料不但轻,而且强度很高,从而在使主梁重量有效降低的同时,还可以使叶片其他部分减重。更高的强度促使被减轻的重量在更长的叶片身上几何式增长,从而使更长的叶片在使用碳纤维材料时,综合成本更低。
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