风电用直接纱色度均匀性的研究与应用
赵X伟，张X双
（山东玻X集团股份有限公司，临沂276400）
本文作者涉嫌骗取杂志社录用函，稿件作废处理
摘 要 为满足风电用直接纱对色度均匀性的严格要求，本文以2400Tex风电用直接纱为研究对象，系统分析了玻璃成分、漏板流量、工艺线位置、卷绕体系、拉丝附件、烘干工艺、纱团含水率及可燃物含量等因素对纱线色度均匀性的影响。通过实验法、测试分析法和对比研究法，探讨了各工艺参数与色度之间的关联，并提出了一系列具有实际应用价值的改进措施。研究结果表明，优化玻璃铁含量、调整漏板流量、合理设置工艺线位置、优选卷绕比、控制烘干工艺参数及调控纱线含水率与可燃物含量，均可有效提升纱线色度均匀性，为解决风电叶片制造过程中的色差问题提供了可行的技术路径。
关键词 玻璃纤维；风电用直接纱；色度均匀性；卷绕体系；工艺优化
Research and Application of Color Uniformity of Direct Yarn for Wind Power
ZHAOXWei,ZHANGXshuang
(Shandong Fiberglass GroupCo.,Ltd.,Linyi 276400)
Abstract：To address the stringent requirements for chromatic uniformity in direct yarn used for wind power, this paper takes 2400Tex direct yarn as the research object and systematically investigates the effects of glass composition, bushing flow rate, process line position, winding system, drawing accessories, drying process, yarn moisture content, and combustible content on yarn color uniformity. Using experimental, analytical, and comparative methods, the relationship between various process parameters and chromaticity was examined. Practical measures for improving color uniformity were proposed. The results indicate that optimizing iron content in glass, adjusting bushing flow, rationalizing process line layout, selecting appropriate winding ratios, controlling drying parameters, and regulating moisture and combustible content can significantly enhance yarn color uniformity, providing a feasible technical solution for mitigating color deviation in wind turbine blade manufacturing.
Keywords:fiberglass; direct yarn for wind power; chromaticity uniformity; winding system; process optimization
0 前言
风电用直接纱（俗称 “风电纱”）是风力发电叶片制造的核心基础材料，其主要用途为织造单、双及多轴向织物，这些织物经真空辅助树脂灌注成型工艺后，最终制成大型风电叶片的关键结构部件。织物与树脂复合后，能显著提升叶片的抗拉强度、抗弯强度及抗冲击性等核心力学性能，是确保叶片在强风、频繁旋转等复杂工况下保持结构稳定、耐受瞬时强应力的关键保障。近年来，随着全球新能源战略推进，风力发电产业实现快速规模化发展，风电叶片向大型化、高功率方向升级，对风电纱的性能稳定性与供应量提出了更高要求，市场需求持续攀升[1]。 但在风电纱的实际生产中，色度不均匀性问题普遍存在，且该问题在风电叶片核心承力部件 —— 拉挤大梁板的生产过程中尤为突出。由于拉挤大梁板的色差会直接削弱叶片的结构一致性，进而影响其整体强度与服役寿命，因此风电纱色度均匀性的精准控制，已成为制约叶片制造质量的核心瓶颈，也是长期困扰风电产业链上下游企业的行业共性痛点。
针对这一关键问题，本文以风电用 2400Tex 产品为典型研究对象，围绕玻璃成分、漏板流量、工艺线位置、卷绕体系、烘干工艺、纱线含水率及可燃物含量等影响色度均匀性的核心因素，系统开展对比试验，旨在探索一套科学、可行的风电纱色度均匀性控制方法，为行业痛点的解决提供技术支撑。
1 玻璃成分
玻璃本身的化学组成是影响纤维本征颜色的决定性因素之一。其中，铁元素（主要以Fe²⁺和Fe³⁺形式存在）的含量与价态对玻璃的着色有显著影响[2]。为探究其作用，在确保拉丝温度、冷却条件等其他工艺参数严格不变的前提下，我们分别采用了铁含量为17.0%与17.5%的两种玻璃配方进行对比试验。从图1的色度检测结果可以看出，采用铁含量为17.5%的玻璃配方所生产的纱线，其色度测量值相对更高，即颜色更深。这表明，在一定范围内，提高玻璃中的铁含量会加剧纤维的着色程度。其机理可能在于，铁离子的增加增强了玻璃对可见光特定波段的吸收，尤其是Fe²⁺在近红外区的吸收和Fe³⁺在紫外-蓝光区的吸收共同作用，导致纤维呈现更深的黄绿色调[3]。因此，在生产对色度有严格要求的浅色或透明制品时，需对玻璃原料中的铁含量进行严格控制与标准化[4]。
图1玻璃铁含量与纱线色度
2 漏板流量
漏板是玻璃液纤维化的核心装置，其流量大小直接决定了单丝直径、冷却速率以及纤维在成形过程中的热历史，这些因素都可能影响纤维的表面形态和光学性能。在稳定运行的工况下，我们选取了130 kg/h和135 kg/h两种典型漏板流量进行对比。每种流量条件下连续生产并随机抽取20个纱团作为样本，使用色度仪进行检测。如图2所示，漏板流量为130 kg/h时，纱线的平均色度值较高。当流量增加至135 kg/h时，色度值出现可观测的下降。分析认为，较低的漏板流量意味着单位时间内通过漏嘴的玻璃液较少，单丝成形过程中的冷却速率相对较快，可能导致纤维微观结构更为致密，表面光洁度更高，从而影响了光的反射与透射特性，表现为色度值的差异。此外，流量变化也可能细微地改变了浸润剂在纤维表面的附着与铺展状态。
图2漏板流量与纱线色度
3 工艺线位置
工艺线位置，特别是漏板底板中心线与涂油辊中心线的垂直距离（常以“A距离”表征），直接影响纤维的张力和在涂覆浸润剂前的冷却状态。
在保持浸润剂配方、拉丝速度等所有其他条件不变的情况下，选择2个机台的A距离从1000 mm缩短至900 mm。色度检测结果（图3）显示，A距离为900 mm时，纱线色度值更低且更均匀。其作用机理在于：缩短A距离使得纤维在更接近漏板的高温区进行集束和涂覆，提升了漏板对集束点的辐射加热效果。这有助于：（1）提高浸润剂在纤维表面的涂覆效率和均匀性；（2）在一定程度上预热和蒸发部分水分，降低了纱团的初始含水率。两者共同作用，有效抑制了后续烘干过程中因水分剧烈蒸发而导致的浸润剂迁移，从而改善了色度均匀性[4]。
图3工艺线与纱线色度
4 卷绕体系
在其他条件不变的前提下，开展不同卷绕比验证试验；卷绕比直接决定玻璃纤维直接纱的成型质量与后续使用稳定性，核心是通过控制纱线在纱筒上的排列密度和张力均匀性，影响退绕效率与制品性能。卷绕比的调整直接影响纱线在纱筒上的排列密度，从而影响水分的排出速度，对浸润剂迁移影响明显[6]；试验选取6种卷绕比（8.657288、9.277854、7.2356、8.2569、8.267432、8.691798）进行对比。结果显示，8.657288、8.2569、8.691798、7.2356等较大网孔结构导致水分排出过快，纱团端面出现黄斑；而9.277854与8.267432卷绕比较密，黄斑现象显著减少。综合考虑退绕性能，最终选定8.267432为最优卷绕比，色度均匀性明显改善（图4）；针对不同产品卷绕密度差异以及浸润剂迁移特点，可以设置不同卷绕比解决色度偏差问题；
图4卷绕比与纱线色度
5 烘干工艺
在其他条件不变的情况下，开展不同烘干工艺试验验证；不同的烘干工艺会对浸润剂迁移造成一定影响[7]；在烘干温度、烘干时间不变的情况下，选择使用微波工艺进行试验对比；通过单变量试验，考察微波工艺对色度的影响：开启微波工艺后，纱线排水速度加快，色度值降低（图5），表明微波辅助干燥有助于抑制浸润剂迁移。
图5实验一烘干工艺与纱线色度
6 纱线含水率
在其他条件不变的情况下，开展不同含水率试验验证；在烘干过程中，水分的蒸发将会带动浸润剂分子的游离，从而出现浸润剂迁移现象；本次选择纱线含水率为10%和10.5%的两车原丝进行烘干试验验证；试验结果如图6所示，初始含水率为10.0%的纱线，其最终色度值更低。初始含水率越高，意味着纱团内需要移除的水分总量越大，在烘干过程中形成的水蒸气分压越高，携带浸润剂迁移的推动力越强，从而导致更显著的色度上升和均匀性下降。因此，在保证拉丝过程稳定的前提下，严格控制并降低原丝含水率，是提升色度均匀性的前端重要措施[9]。
图6纱线含水率与纱线色度
7 结论
本文通过系统的实验设计与分析，深入研究了七大关键工艺因素对风电用2400Tex直接纱色度均匀性的影响，并得出以下结论：
1.玻璃成分：铁含量是影响纤维本征色度的关键。将铁含量从17.0%提升至17.5%，会导致纱线色度值显著升高。在生产浅色系复合材料制品时，建议采用低铁含量的玻璃配方。
2.漏板流量：漏板流量对色度有明确影响。130 kg/h的较低流量有利于获得更高的色度均匀性，其机理可能与纤维成形过程中的冷却速率和表面状态有关。
3.工艺线位置：优化工艺线位置（如将A距离从1000mm调整至900mm）可有效利用漏板辐射热，提升浸润剂涂覆效率，降低初始含水，从而抑制浸润剂迁移，改善色度均匀性。
4.卷绕体系：卷绕比是控制纱团结构、影响水分排出行为的核心参数。针对2400Tex产品，卷绕比为8.267432时，能在保证良好退绕性能的同时，最优地控制浸润剂迁移，消除黄斑，获得最佳色度。
5.烘干工艺：烘干是一个复杂的传热传质过程。采用微波辅助工艺，有效地抑制浸润剂迁移，提升色度均匀性。
6.纱线含水率：较低的初始含水率（10.0%）有利于减少烘干过程中的迁移驱动力，是改善色度的前提保障。
综合优化策略：风电纱的色度均匀性是一个受多因素耦合影响的综合性指标[10]。在实际生产中，不应孤立地调整单一参数，而应基于上述结论，进行系统性、全流程的协同优化。通过从玻璃成分、纤维成形到烘干固化的全过程精细控制，可稳定生产出色度均匀的高品质风电用直接纱，满足高端风电叶片对材料一致性的严苛要求，为行业发展提供坚实材料基础。
参考文献
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