ניתוח של ערך היישום הליבה של מחצלת משטח פיברגלס ביצירת להב של טורבינת רוח

שטיח משטח פיברגלס, כחומר תומך מרכזי בתחום החומרים המרוכבים, ממלא תפקיד שאין לו תחליף בשיפור איכות פני השטח של מוצרים מרוכבים, שיפור חוזק החיבור הבין-שכבתי ואופטימיזציה של ביצועי ההגנה בשל פיזור הסיבים האחיד שלו, חדירות אוויר מעולה ותכונות הרטבת שרף טובות. החומרים שלו מקיפים סוגים שונים, כולל פיברגלס, סיבי פוליאסטר וסיבי פחמן, ותהליך הייצור שלו הולך ונהיה בוגר. היישומים שלה חדרו למגזרי צמיחה- רבים כמו אנרגיית רוח, רכב, כימיקלים ובנייה. במונחים של גודל שוק, מחצלת משטח, כתת-קטגוריה מרכזית של מוצרי מחצלות, נהנית מההתפתחות המהירה של תעשיית החומרים המרוכבים במורד הזרם, כשהשוק העולמי והסין מציגים צמיחה מתמדת, ומביאים הזדמנויות פיתוח רחבות לארגונים בתעשייה.

 

I. תרחישי יישום ליבה

 

יציקה מרוכבת של להבי טורבינות רוח מונעת על ידי יעדי "פחמן כפול" גלובליות, תעשיית כוח הרוח נכנסת לתקופה של התפתחות מהירה. כמרכיב ליבה של מחוללי טורבינות רוח, להבי טורבינות רוח זקוקים לחיי תכנון של 20-25 שנים או יותר וחייבים לעמוד בחשיפה ארוכת טווח לסביבות מורכבות כגון עומסי רוח חזקים, קרינה אולטרה סגולה ושינויי טמפרטורה ולחות מתחלפים, תוך הצבת דרישות מחמירות לאיכות הדפוס של חומרים מרוכבים. לבד משטח, כחומר מפתח לחיזוק והגנה בייצור של מרוכבים להבי טורבינות רוח, נעשה שימוש נרחב בחלקי ליבה כגון קליפות להב, קצות וקצוות מובילים. ערך היישום שלו בא לידי ביטוי בעיקר בשלושת ההיבטים הבאים:

 

(I) שיפור חלקות פני השטח וביצועים אווירודינמיים: הביצועים האווירודינמיים של להבי טורבינת רוח קובעים ישירות את יעילות ייצור החשמל, המחייב חספוס פני הלהב Ra פחות או שווה ל-15 מיקרומטר. לבד משטח פיברגלס, עם הסיבים העדינים והפיזור האחיד שלו, מונח כשכבה החיצונית ביותר בתהליך הנחת הלהבים המרוכבים, המסווה למעשה את המרקם של חומר החיזוק הבסיסי (כגון בד פיברגלס) וממלא מיקרו-נקבים. לאחר הספגה וריפוי שרף, הוא יוצר משטח חלק ושטוח, מפחית את התנגדות הרוח ומשפר את היעילות האווירודינמית של הלהב. במקביל, המשטח החלק מפחית נזקים משחיקת מי גשמים ושחיקת חול ואבק, ומאריך את חיי השירות.

 

(II) שיפור חוזק הקשר הבין-שכבתי והיציבות המבנית: להבי טורבינת רוח חייבים לעמוד בעומסי כיפוף ופיתול חוזרים ונשנים במהלך הפעולה, ודילמינציה בין-שכבתית היא מצב כשל נפוץ. סיבי הלבד על פני השטח מופצים באופן אקראי, ויוצרים "גשר" בין שכבות מרוכבות כדי להעביר ביעילות את הלחץ ולשפר את חוזק הגזירה הבין-למינרית ועמידות הפגיעה. יתר על כן, יכולת ההרטבה הטובה של משטח הלבד עם השרף מבטיחה פיזור שרף אחיד, הימנעות מפגמים כגון שרף או בועות לא מספקות, משפרת את השלמות והיציבות הכוללת של מבנה הלהב, ומבטיחה פעולה בטוחה בעומסים ארוכי טווח-.

 

(III) אופטימיזציה של ביצועי הגנה ועמידות להבי טורבינת רוח חשופים לסביבה החיצונית לתקופות ממושכות, הדורשות עמידות בפני צורות שונות של קורוזיה, כולל הזדקנות UV, קורוזיה בחום לח ושחיקת תרסיס מלח (אנרגיית רוח ימית). הלבד המשטח, בשילוב עם שרף מיוחד, יוצר שכבת הגנה צפופה על פני הלהב, מפחית את השפעת השפלה של קרינת UV על שרף המטריצה, ממזער את חדירת הלחות ומשפר את עמידות הלהב להזדקנות ולקורוזיה. עבור להבי טורבינת רוח ימית, השימוש בבבד משטח סיבי זכוכית עם עמידות מצוינת להתזת מלח יכול למעשה לעכב את שחיקת הלהב על ידי הסביבה הימית, ולהבטיח את חיי השירות שלו בתנאים קשים.

 

(IV) תהליכי יישום מרכזיים בתהליך יציקת להבי טורבינות רוח, הנחת הלבד על פני השטח משולבת בדרך כלל עם תהליכים כגון יציקת הנחת-ידנית ודפוס הזרקת ואקום. ראשית, מעיל ג'ל מוחל באופן שווה על פני השטח של תבנית הלהב. לאחר שמעיל הג'ל התרפא למצב חצי-יבש, מניחים שטיח משטח, המבטיח קשר הדוק בין שטיח המשטח למעיל הג'ל, ללא קמטים ובועות. לאחר מכן, מניחים חומרי חיזוק כגון בד פיברגלס ובד חד כיווני. לאחר מכן נעשה שימוש בתהליך הזרקת ואקום להספגה מלאה של כל חומרי החיזוק בשרף. לבסוף, המחצלת מתרפאת בחום, מפורקת מהתבנית וגזוזת להשלמת תהליך הדפוס. במונחים של בחירת חומרים, מחצלות משטח עבור להבי טורבינות רוח משתמשים בעיקר בסיבי זכוכית E-, עם קוטרי סיבים הנעים בדרך כלל בין 9-13 מיקרומטר, אורכים בין 6-25 מ"מ, וטווח משקל בסיס של 30-120 גרם/㎡, המאזן בין איכות הדפוס וחוזק המבני.

 

II. תהליכי ייצור מיינסטרים

 

הסבר מפורט על תהליך דפוס רטוב תהליכי הייצור של מחצלות משטחים מחולקים בעיקר ליציקה רטובה, דפוס יבש וכבישה חמה. בין אלה, תהליך היציקה הרטוב הפך לתהליך הייצור המרכזי של מחצלות משטח המשמשות בלהבי טורבינות רוח ומוצרי פיברגלס-מתקדמים, בשל יתרונותיו כגון משטח מוצר חלק, פיזור סיבים אחיד והספגת שרף טובה. בפרט, הרוב המכריע של מחצלות משטח פיברגלס מיוצרים בתהליך הדפוס הרטוב. להלן פירוט זרימת התהליך, טכנולוגיות הליבה וציוד מפתח לייצור תהליך רטוב- של מחצלות משטח פיברגלס.

 

השוק העולמי למשטחי פיברגלס, מפולחים לפי סוג מוצר, נשלט על ידי טכנולוגיית תהליך רטוב.-

 

(I) הגדרה ויתרונות של תהליך דפוס רטוב-תהליכי דפוס רטוב- הוא שיטת ייצור של בד לא ארוג שפותחה מטכנולוגיית ייצור נייר. הוא משתמש בסיבי זכוכית קצוצים כחומר הגלם העיקרי. הסיבים מפוזרים בתמיסה מימית, מוסיפים תוספים כימיים מיוחדים, והתהליך כולל יציקה, התייבשות, חלוקה לגודל, ייבוש ואשפרה כדי לייצר מחצלת-כמו חומר. יתרונות הליבה של תהליך זה הם: ניתן לפזר את הסיבים במלואם במים, וכתוצאה מכך לפיזור סיבים אחיד ועובי עקבי בשטיח פני השטח; למוצר יש חדירות אוויר מעולה, המקל על חדירת שרף מהירה ומבטל ביעילות פגמים בבועות אוויר במהלך דפוס חומר מרוכב; והוא יכול לייצר משטחים דקים במיוחד (-משקל גרם < 50 גרם/מ"ר), העומדים בדרישות דפוס פני השטח של מוצרים שונים.

 

(II) תרשים זרימה מלא של תהליך זרימת התהליך המלאה ליצירה רטובה של שטיח משטח סיבי זכוכית היא כדלקמן: חיתוך זיפי פיברגלס ← שקילה ואצווה ← הכנת תבלין (פיזור, אחסון תרחיץ) ← גודל ← התייבשות ויצירת ← גודל ← ייבוש ואשפרה ← חיתוך ← ליטוף ← פונקציות הליבה ונקודות התפעול העיקריות של כל תהליך קריטי הן כדלקמן:

 

1. חיתוך זיפי פיברגלס חוטי סיבי זכוכית רציפים (בעיקר E-glass או C-glass) נבחרים וזיפים באמצעות חותכי גלגול אורכיים או חותכי חיתוך רוחביים, השולטים על אורך הסיבים בטווח של 3-25 מ"מ (6-בדרך כלל משמשים להבי טורבין בודדים עבור משטחי טורבין בודדים), 13 מ"מ קוטר חוט של 3-16 מיקרומטר. יש לשלוט על תכולת הלחות של סיב הזיפים ב-6%-10% כדי למנוע השפעה על אפקט הפיזור הבא. כדי לשפר את יכולת הפיזור של הסיבים במים, חלק מהחוטים מטופלים מראש בחומר הרטבה מסיס במים. ניתן לאחסן סיבים מזיפים המכילים חומרי הרטבה במשך יותר מ-6 חודשים; אם נעשה שימוש בסיבים גדושים במים (ללא חומרי הרטבה), יש להשתמש בהם תוך 72 שעות, אחרת הידרוליזה של פני השטח תוביל להידבקות ולירידה בחוזק.

 

2. תהליך עייסה (תהליך ליבה) מטרת הליבה של תהליך העיסה היא פיזור אחיד של סיבי זכוכית קצוצים בתמיסה מימית ליצירת תרחיף סיבים יציב. תהליך זה מצריך בקרה קפדנית על פרמטרים כגון ריכוז עיסת, ערך pH וכמות התוספים הכימיים.

 

3. הדפסת גודל והסרת מים העיסה המוכנה נשאבת למיכל דילול לדילול נוסף לריכוז היציקה הנדרש (0.01%-1.0%), ולאחר מכן מוזנת לקופסת רשת מקדימה. קופסת הרשת המוקדמת מצוידת במפיצים מדורגים ובצלחות מחוררות כדי להשיג פיזור רוחבי אחיד של העיסה. לאחר מכן, העיסה נסחפת על ידי מסוע נוטה ופועל באופן רציף, שם היא עוברת התייבשות כבידה והתייבשות בוואקום בשני מיכלי התייבשות מאולצים ליצירת לבד רטוב. במהלך ההתייבשות, מהירות ההתייבשות נשלטת על ידי התאמת הלוחות המחוררים במיכלי ההתייבשות כדי להבטיח את האחידות הרוחבית של הלבד הרטוב; רוחב ההתייבשות נשלט על ידי התאמת הבלבולים במיכלי ההתייבשות כדי להתאים לדרישות הייצור הבאות.

 

4. תהליך חלוקה לגודל לאחר ההתייבשות, הלבד הרטוב נשלח למכונת אימפרגנציה לצורך טיפול בגודל. מטרת הליבה של המידה היא לחבר את הסיבים המפוזרים יחד באמצעות דבק, ובכך לשפר את החוזק המכני של לבד המשטח ואת ביצועי ההתקשרות שלו עם השרף. הדבקים הנפוצים כוללים שרף פורמלדהיד אוריאה, תחליב פוליוויניל אצטט ושרף אקרילי, כאשר הסוג המתאים נבחר על סמך תרחיש היישום של לבד המשטח. לדוגמה, לבד משטח עבור להבי טורבינות רוח משתמש לעתים קרובות בתערובת של תחליב שרף אקרילי וחומר צימוד (כגון KH560) כדי לשפר את התאימות וחוזק ההתקשרות הממשק עם שרף אפוקסי. שיטת הגודל משתמשת בגודל הצפה; הדבק נשאב באמצעות משאבת דיאפרגמה אל מוליך ההצפה שמעל לחגורת המידה, תוך הרטבה אחידה של הלבד הרטוב. דבק עודף מוחזר דרך קופסת יניקה, מופרד במיכל הפרדה וממוחזר. תכולת הדבק במוצר הסופי נשלטת מתחת ל-30%.

 

5. ייבוש, אשפרה וטיפול שלאחר-הלבד הרטוב לגודל נשלח לאחר מכן לתנור ייבוש, שבו נעשה שימוש בייבוש בהסעה חדירת אוויר חם. תנור הייבוש מחולק לאזור חימום מוקדם ולמספר אזורי ייבוש ואשפרה, כל אחד עם טמפרטורה הניתנת לשליטה באופן עצמאי. טמפרטורת הייבוש וזרימת האוויר מותאמים אוטומטית על ידי מחשב כדי להבטיח ריפוי מלא של הדבק תוך מניעת חמצון ופירוק סיבים. לאחר הייבוש, הלבד המשטח נחתך לרוחב הדרוש על ידי מכונת חיתוך, לאחר מכן מלופף לגלילים על ידי מכונת פיתול, ולבסוף נארז, נבדק ומאחסן.

 

(III) ציוד מפתח ובקרת איכות ציוד מפתח לתהליך היציקה הרטובה כולל: מכונת גדילים קצוצים, מיכל פיזור, מיכל ערבוב מתלים, קופסת קדם-ת תיל, קו לייצור רשת תיל משופעת, מכונת הספגה, תנור ייבוש, מכונת חיתוך ומכונת סלילה. בין אלה, מהירות החגורה של קו יצירת רשת התיל המשופע, אחידות הגודל בקופסת הקדם- של רשת התיל ודיוק בקרת הטמפרטורה של תנור הייבוש משפיעים ישירות על איכות המוצר. נקודות בקרת איכות עיקריות כוללות: הבטחת אפקט פיזור באמצעות הערכת דרגת פיזור סיבים (מחולקת ל-5 דרגות, כאשר הציון האופטימלי הוא פיזור סיבים מלא לגדילים בודדים); ניטור-בזמן אמת של עובי המוצר ואחידות המשקל באמצעות מדי עובי ומדדי משקל בסיס; אימות תכונות מכניות של המוצר באמצעות בדיקת חוזק מתיחה; והבטחת עמידה בדרישות הרטבת שרף באמצעות בדיקת חדירות אוויר.