夹层复合材料剥离强度影响因素研究

杨 忠，薛浩鹏

(东方电气(天津)风电叶片工程有限公司 天津 300480)

0 引 言

复合材料夹层结构可以提高结构抗弯刚度和结构效率，降低制造成本，在风电叶片领域的应用日益广泛[1-3]。PVC泡沫作为叶片主要的材料体系，不仅要求具有较好的机械性能，同时叶片作为大型结构部件，在运行时由于受到气动载荷的作用，叶片自身会发生挥舞和摆振，因此还要求泡沫与玻璃钢层具有非常好的结合性[4-6]。泡沫的加工方式以及蒙皮结构的差异，导致剥离性能的差异。通过对泡沫加工方式和蒙皮结构的试验研究，分析引起泡沫与玻璃钢破坏的机理，并对泡沫与玻璃钢结合性能的影响进行研究对比[7-9]。

1 实验部分

1.1 原材料及设备

PVC芯材规格见表1。

表1 PVC芯材规格表Tab.1 Specifications of PVC cores

玻璃纤维多轴向织物 (-45,°/0,°/+45,°，1,215,g/m2)；PVC 泡沫；环氧树脂 DQ200E；固化剂DQ204H。

1.2 试验

采用真空灌注成型工艺，制备夹层复合材料试样平板。将复合材料样板沿 0,°纤维布方向切割成120,mm×15,mm的样条，如图1所示，剥离测试速度2,mm/min，测试过程见图2。

图1 剥离试样图Fig.1 Picture of specimen extraction

图2 剥离测试Fig.2 Extraction testing

2 结果与讨论

2.1 PVC加工方式对夹层复合材料剥离强度的影响

分别测试了未加工、打孔、一字浅槽、十字浅槽PVC芯材对夹层复合材料剥离强度的影响，结果见表2。

表2 不同加工方式下剥离性能数据Tab.2 Performance data for stripping under different processing methods

PVC泡沫与玻璃钢层合板构成夹芯结构，当整体结构在外力作用下发生变形时，应力会通过玻璃钢与泡沫的粘接层将力传递到泡沫体，由于玻璃钢优异的机械性能，破坏会发生在玻璃钢与泡沫的粘接层或泡沫本体。

从试样的破坏方式分析，所有的试样破坏均为PVC泡沫本体发生破坏。当泡沫与玻璃钢层合板复合后，泡沫和玻璃钢层合板通过树脂层连接在一起。芯材加工方式的不同，使得 PVC泡沫与树脂的接触面积不同，十字浅槽＞一字浅槽＞打通孔＞未加工。因此剥离强度符合上述规律，十字浅槽 PVC泡沫的剥离强度最大，未加工的PVC泡沫剥离强度最小。

2.2 蒙皮结构对夹层复合材料剥离强度的影响

分别测试了两组不同蒙皮结构(分别为2层蒙皮和 4层蒙皮)对夹层复合材料剥离强度的影响，结果见表3。

表3 不同蒙皮结构下剥离性能数据Tab.3 Data of peeling performance under different skin structures

从试样的破坏方式分析，所有的试样破坏均为PVC泡沫本体发生破坏。当泡沫与玻璃钢层合板复合后，泡沫和玻璃钢层合板是通过树脂层连接在一起。与 2层的蒙皮结构相比，4层蒙皮结构具有更大的刚度，当试样发生破坏时，需要更大的剥离力。因此剥离强度为4层蒙皮PVC泡沫大于2层蒙皮PVC泡沫。

3 结 论

PVC泡沫不同的加工方式对夹层复合材料的剥离强度有显著的影响。对比 4种不同的加工方式，十字浅槽PVC泡沫的剥离强度最大，未加工的PVC泡沫剥离强度最小。

与2层的蒙皮结构相比，4层蒙皮结构具有更大的刚度，当试样发生破坏时，需要更大的破坏载荷。因此，4层蒙皮 PVC泡沫的剥离强度大于 2层蒙皮PVC泡沫。