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1、VARTM大型复合材料构件制造技术在更重视节约能源的今天，树脂类复合材料（以下称为FRP，通常也称为玻璃钢） 以其质量轻、强度高的特点，在大型结构部件上的应用得到了急速的发展。在三菱 重工的诸如风力发电机叶片、飞机的结构部件、成套设备部件等多种产品领域也同 样得到应用。将FRP用于大型结构部件时，拉伸强度和疲劳强度等材料物性指标与 耐久性指标自不必说，以高度的适产性（工艺性好、效率高一译者注）制造出高质 量产品是一个大的课题。FRP的成型方法有手工铺层法、缠绕法、高压釜法（预浸料成型法）、树脂传 递模塑法（RTM）等多种。本文介绍的是其中作为高质量大型FRP结构部件的制造法 而备受瞩目，也被用
2、于三菱重工风力发电机叶片的VaRTM成型法（即真空辅助树脂 传递模塑：Vacuum assisted Resin Transfer Molding ）。1、VaRTM成型法的特点VaRTM成型法的特点如图1所示。VaRTM成型法是指在成形型（成形模具一译者 注）上首先铺设强化纤维基材（玻璃纤维或碳纤维等编织物），用塑料薄膜封闭后 再抽成真空，然后将液状树脂注入，由负压原理使其完全浸入纤维基材各处并使其 硬（固）化。这种FRP的成型法也是PTM法的一种。为方便树脂浸入（扩散）及获 得较好的叶片表面，在强化纤维基材与成形型以及塑料薄膜之间分别使用了专用的 网状罩布和剥离罩布。VaRTM成型法特点是
3、：不需要诸如压力釜等那样庞大且复杂的设备，大型结构 部件可简单地一次成型以及有机溶剂的挥发量少，作业环境较好。与过去FRP结构 件常用的手工铺层法相比，能够实现纤维含量高、气孔率低，所以FRP的成型高质2、风力发电机叶片三菱重工从1982年开发最初的商业用风力发电机（300kW级）以来，又陆续将450 kW、600kW级风力发电机投入了市场。2003年开发了具有世界一流性能水平的MWT- 1000A，至2004年末世界各地共有约1800台三菱制风力发电机在运转。2006年预 计推出2400kW级超大型、高性能风力发电机（已经实现一译者注）。各类别风力发 电机所用叶片的比较参见图2。图2叶片形状
4、的比较（由型法制作）为尽量减轻重量，叶片材料使用玻璃纤维强化塑料（GFRP ）。比较典型、与各 级别风力发电机相匹配的叶片其长度有12米（250300kW级风机用）、1820米 （450600 kW级风机用）、2730米（1000 kW级风机用）、36米（2000 kW级 风机用）等三种（原文如此一译者注）。2005年末三菱重工完成了与2400kW风力 发电机相匹配的长度超过40米的超大型叶片的制作。对于风力发电机叶片，一般来说小型机用时要从成本优先考虑，较多地采用手 工铺层法制作。而大型机的叶片对刚、强度要求较高，必须采用高压釜法（预浸料 成型法）或VaRTM成型法。从制作面积大、有一定壁厚
5、要求等方面考虑，许多生产 厂采用了 VaRTM成型法。三菱重工在制作长度超过20米的大型叶片时使用VaRTM成型法。图3显示了 用VaRTM成型法制作FRP叶片的情形。用这种方法在制作长宽为30米X2.5米、 最大厚度120毫米的叶片外皮时，只经过一次注入即能够完成成型。另外，由于使 用了低粘度树脂并配置了多条树脂注入管线，使树脂注入及浸渍时间缩短，是一种 生产效率较高的叶片制造技术。铺设琥璃纤维织物真空封闭e树脂浸入外皮完區全体完成图3 VaKTii成型法制作FRF叶片的情形 由vTM法制作外皮及毀.成电后用髙勒性 粘貉剂推合成整体叶片用的FRP成型树脂和强化纤维必须有足够的强度并适合于Va
6、RTM方法成型, 因此使用了具有热硬化性的树脂以及玻璃纤维的基材。作为热硬化性树脂，从经济性、操作性和生产效率等方面考虑，使用通常的不饱和 聚酯和乙烯酯。从经济性考虑强化纤维用玻璃纤维。图4表示了作为纤维织物主体形态的编织 纤维。由捻丝绑扎、排列整齐的纤维束的起伏很小，使得编织纤维的压缩强度大为 提高。如图5所示，使用编织纤维的FRP的压缩破断强度要高于使用传统织物纤维 的FRP。另外，由于可制作沿0 、90 、45。等多方向（设置）及与网格基材等 组合成多层织物，因此能够针对不同风力发电机的需求选择最适合的（编织纤维） 基材。掠丝窃d左)破斷翌玻璃丝含有率（碱）图価蠶蠢鱷结论通用（机械）领域的复合材料制品日趋大型化，航空、航天设备所用的碳纤维 强化玻璃钢制品（CFRP ）也同样存在这种倾向。使用VaRTM成型工艺不需要大量的设备投资，能够廉价地制造高质量的大型FR P结构部件，因此以欧美为中心正得到急速地发展。三菱重工也同样使用VaRTM成 型法制作了长度超过40米的大型风力发电机的叶片。充分利用此工艺方法，能够制造出大型的复合材料制品以满足社会不断高涨的 需求。
