风机叶片各纤维材料分析及生产工艺介绍

      风力发电是绿色能源的一种， 进入21 世纪， 在全球的发展可以说是风起云涌。复合材料在新能源发展领域中的应用主要是用来制造风电机组的叶片。

      随着风力发电功率的不断提高，捕捉风能的叶片也越做越大，对叶片的要求也越来越高，叶片的材料越轻，强度和刚度越高，叶片抵御载荷的能力就越强，叶片就可以做得越大，它的捕风能力也就越强，叶片长度也由原来的30——40 m 增加至60 m 以上。在叶片长度增加的同时，如何减轻风力机叶片的重量成为了风电设备行业需要共同面对的问题。因此，轻质高强、耐蚀性好，具有可设计性的复合材料是目前大型风力机叶片的首选材料。图1 为大型风力机叶片的形状。

      长纤维复合材料在风力机叶片的应用现状

      随着工业经济的发展，长纤维增强热塑性材料也随之飞快发展，已成为增强塑料行业中增长最快的产业之一。长纤维增强热塑性复合材料在欧美发达国家已得到大力发展。

      玻璃纤维复合材料风力机叶片

      (1)玻璃纤维增强聚酯树脂的风力机叶片当叶片长度为19 m 时，其质量为1.8 t，长度增加到34 m 时，叶片质量为5.8 t ;叶片长度达到52 m 时，则其质量高达21 t ，因此需要寻找更好的材料以适应大型叶片发展的要求。

      又如上海市崇明县(一个大岛)，在近几年内按能源规划将已建成风力机发电2.7 万台，其数量十分惊人。我国沿海城市很多，如北方有大连、旅顺、青岛、烟台、威海等;南方有海南岛、珠海、汕头、温州、舟山岛等，将有很大的发展应用前途。

      (2) 玻璃纤维材料，应用性能及优点用废旧玻璃为原料， 经高温熔剂、拉丝、络纱、织布等工艺制得纤维布或织物。单丝直径 1—— 20 μm，相当于 1/5 ——1/2 头发丝。

      玻璃纤维束由数百根甚至上千根单丝组成。玻璃纤维的应用性能可用于电绝缘、防腐、防潮、隔热、隔声、减震等。如风力机叶片，雷达罩等。

     材料组成由热塑性树脂或热固性树脂(黏结剂)+ 玻璃纤维(增强填料)组成，又称玻璃钢。

      牌号主要有：

      玻璃纤维增强聚酰胺( 尼龙)，FRPA(Fiberreinforcement polyae); 玻璃纤维增强聚碳酸酯，FRPC(Fiber reinforcement polycarbonate); 长纤维增强热塑性复合材料，LFT; 玻璃毡增强热塑性复合材料，GMT 等。

      玻璃纤维增强材料的优点：

      ⊙抗拉强度高，δ < 3% ;

      ⊙弹性模量高，刚性好，复合制件尺寸稳定性好;

      ⊙不燃性，耐化学腐蚀;

     ⊙ 吸水性小;

     ⊙耐热性好，不易燃烧;

     ⊙加工性好，可制成股、束、毡、织布;

      ⊙透明性好，可透过光线;

      ⊙价格便宜，可回收再利用。

      碳纤维复合材料风力机叶片

      为了提高风能利用率，风力机单机容量不断扩大，兆瓦级风力机已经成为风电市场的主要产品，并对叶片提出了更高的要求。由于碳纤维比玻璃纤维具有更高的比强度和比刚度(碳纤维复合材料的密度比玻璃纤维的密度小)，因此大量地采用了碳纤维复合材料。目前，欧洲风力发电机容量3.6 MW 机组已批量安装，还有4.2 MW、4.5 MW 和5 MW 机组也已不断逐步安装运行;美国经成功研制出容量 7 MW 风力发电机;英国正在研制容量10 MW 的巨型风力发电机;德国容量5 MW 风力发电机，其叶片长度为56 m;丹麦V-90型风力发电机容量为3.0 MW，叶片长度为44 m ;西班牙Gamesa 风力发电机的叶片长度已达 90 m，由此可见，用碳纤维复合材料制造大型叶片势在必行。

      牌号主要有：

      日本东丽公司：T300、T400、T700、T800,T1000 等;美国赫克利(Hexcel)： ① AS 系列：AS4，AS4C，AS4D， AS7 等; ② IM 系列：IM2A,IM2C、IM6、IM7、IM8、IM9、IM10 等。