隨著風力發電行業的迅速發展，對風電葉片的性能和制造成本提出了更高要求。碳纖維復合材料因其高強度、輕質等特性，成為風電葉片主梁結構的理想材料。拉擠-真空導入組合成型工藝作為一種先進的復合材料成型方法，在提高生產效率和降低成本方面具有顯著優勢。本文旨在研究碳纖維復合材料主梁結構拉擠-真空導入組合成型工藝的優化及其性能表現。

拉擠工藝概述

拉擠工藝是一種高效連續的復合材料成型方法，特別適用于生產具有恒定截面的復合材料型材。在碳纖維板材的拉擠成型過程中，碳纖維從紗架上引出并按預定方式排列，經過樹脂浸漬、預成型和模具固化等步驟，最終形成堅硬的碳纖維復合材料。該工藝不僅提高了材料的強度和剛度，還賦予了其輕質和卓越的耐腐蝕性。

真空導入模塑工藝（VIMP）概述

真空導入模塑工藝是一種利用真空負壓將樹脂導入模具中浸潤增強材料并固化的成型方法。它適用于大型復雜結構的復合材料制品，具有成型質量高、材料利用率高等優點。在風電葉片主梁制備中，VIMP工藝常用于將堆疊的拉擠板材制備成主梁樣品。

拉擠-真空導入組合成型工藝優化

材料選擇與預處理：選用高質量的碳纖維和適宜的樹脂體系，確保材料的性能和兼容性。對碳纖維進行預處理，如除油、除塵等，以提高與樹脂的浸潤性。

拉擠工藝參數優化：通過調整拉擠速度、樹脂粘度、浸漬壓力和固化溫度等參數，優化拉擠板材的性能。確保碳纖維在樹脂中均勻分布，提高板材的纖維體積分數和力學性能。

VIMP工藝參數優化：優化模具設計，確保樹脂在模具中的均勻分布和快速浸潤。調整真空度和樹脂注入速度，以減少氣泡和缺陷的產生。

堆疊與固化：合理設計拉擠板材的堆疊方式和固化工藝，確保主梁結構的整體性能和穩定性。

性能研究

力學性能測試：對拉擠板材和拉擠-真空導入組合成型的主梁樣品進行拉伸、壓縮、彎曲和剪切性能測試。結果表明，拉擠板材的纖維體積分數提高了約10%，具有更好的拉伸、壓縮和彎曲性能。在拉擠-真空導入組合成型的主梁樣品中，以玻璃纖維為增強纖維時，整體力學性能提升明顯；以碳纖維為增強纖維時，剪切性能略有降低。

疲勞性能測試：對拉擠-真空導入組合成型的主梁樣品進行四點彎曲疲勞試驗。結果表明，在低應變水平下，以玻璃纖維和碳纖維為增強纖維的主梁樣品疲勞性能分別提高了54.61%和70.59%。然而，在高應變水平下，碳纖維增強主梁的疲勞性能降低了56.10%，這可能與碳纖維的脆性有關。

環境適應性測試：針對風電葉片可能面臨的惡劣環境，如高鹽霧、高濕熱等，對主梁樣品進行環境適應性測試。結果表明，采用碳纖維主梁結構和拉擠-真空導入組合成型工藝的主梁樣品具有良好的環境適應性和耐久性。

結論與展望

本文通過對碳纖維復合材料主梁結構拉擠-真空導入組合成型工藝的優化及性能研究，得出以下結論：

拉擠工藝和VIMP工藝的優化參數能夠顯著提高碳纖維復合材料的力學性能和疲勞性能。

以玻璃纖維為增強纖維時，拉擠-真空導入組合成型的主梁樣品整體力學性能提升明顯；以碳纖維為增強纖維時，需關注其剪切性能和疲勞性能的平衡。

采用碳纖維主梁結構和拉擠-真空導入組合成型工藝的風電葉片具有良好的環境適應性和耐久性。

未來，將進一步研究不同材料體系、工藝參數對碳纖維復合材料主梁結構性能的影響，以及探索更高效、更環保的成型方法，為風電葉片的制造提供更多創新解決方案。