【關鍵詞】復合材料；風力發(fā)電機；葉片 

引言 

隨著世界性能源危機的日益加劇和公眾對于改善生態(tài)環(huán)境的呼聲不斷高漲，風力發(fā)電作為一種清潔的可再生能源在全球范圍內迅猛發(fā)展。各國都加快了對風力發(fā)電機組的研發(fā)，不斷推出新的材料和技術。目前國內的主流風機是1500kw，正在開發(fā)2000kw、3000 kw、5000kw的風機。隨著風力發(fā)電機裝機容量的增加和葉片長度的增大，對葉片的制造技術和材料提出了更高的要求。不斷發(fā)展的技術和市場開發(fā)使得風力發(fā)電從復合材料的邊緣應用變成全球復合材料最廣泛的應用之一。風力發(fā)電機葉片是風力發(fā)電的核心技術，由于對葉片的外形、精度、表面粗糙度、強度和剛度的要求很高，使得葉片技術成為制約風力發(fā)電快速發(fā)展的瓶頸。旺盛的市場需求促進了風電葉片材料的研發(fā)和應用。 

1、葉片主要原材料 

風力發(fā)電機葉片的應用材料已經(jīng)由木質、帆布等發(fā)展為復合材料。復合材料是以某種材料為基體，另一種材料為增強體組成的材料。在性能上各種材料取長補短，產生協(xié)同效應，使復合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料，可以滿足各種不同的要求。合理選擇基體和增強體的材料，并充分考慮兩者之間的相互作用是風力發(fā)電機葉片選擇材料的關鍵。當前，我國風機葉片的主要原材料是樹脂和增強材料。 

1.1樹脂 

不飽和聚酯樹脂具有工藝性良好、價格低廉等優(yōu)點，在中小型風機葉片的生產中占有絕對優(yōu)勢，但它也存在固化時收縮率大、放熱劇烈和成型時會有一定的氣味和毒性等缺點。環(huán)氧樹脂具有良好的力學性能、耐腐蝕性能和尺寸穩(wěn)定性，是目前大型風電葉片的首要選擇，但它的成本較高，阻礙了它的廣泛應用。乙烯基樹脂的性能介于兩種樹脂之間，目前在大型風電葉片中的應用較少，但隨著生產廠家對成本的要求越來越高，乙烯基樹脂可能會成為兆瓦級風電葉片的材料。 

1.2葉片用增強材料 

（1）玻璃纖維 

玻璃纖維是一種性能優(yōu)越的無機非金屬材料，它具有很好的柔軟性、絕緣性和保溫性且強度高，是復合材料中常用的一種增強材料，和樹脂組成復合材料后可以成為良好的結構用材。目前，制造風電葉片的主要材料就是玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂和玻璃纖維增強聚酯樹脂。玻璃纖維可分為不同的級別和類型，e級玻璃纖維的使用最為普遍，也是風電機葉片的主流增強材料。但是e級玻璃纖維體積質量較大，影響葉片速度的提高。 

（2）碳纖維 

碳纖維是指含碳量高于90%的無機高分子纖維。碳纖維不僅具有碳材料的固有特性，還具備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。碳纖維具有很多優(yōu)點，它的軸向強度和模量都很好高，無蠕變，導電性介于金屬和非金屬之間，耐疲勞性好，耐腐蝕性能好，熱膨脹系數(shù)小，纖維的體積質量低。碳纖維復合材料使風力發(fā)電機的輸出功率更平滑、均衡，提高了風能利用效率。相對于傳統(tǒng)的玻璃纖維，同樣長度的碳纖維葉片比玻璃纖維葉片質量要輕得多，并且碳纖維復合材料葉片的剛度是玻璃纖維復合材料葉片的2倍～3倍。隨著風機葉片長度的增加，將碳纖維作為增強材料應用于風電葉片更能發(fā)揮其質量低、強度高的優(yōu)點，但由于價格比較高，限制了它的大規(guī)模應用。 

（3）碳纖維和玻璃纖維混雜材料 

隨著風電葉片長度的增加和對其剛度要求的提高，同時考慮到玻璃纖維和碳纖維之間的價格差異，因此采用碳纖維和玻璃纖維混雜材料的方法既能減輕葉片質量，提高葉片強度、剛度和抗疲勞能力，又能使葉片價格不至于太高。實踐證明，當風電葉片長度大于40m時，可以采用碳纖維和玻璃纖維混雜材料。 

2、復合材料風機葉片制造工藝 

2.1濕法手糊成型 

濕法手糊成型法是手工將增強材料浸膠一層一層地緊貼在模具上，再真空壓實浸膠。這種方法生產效率低，而且在制造過程中會產生有害物質，造成環(huán)境污染，所以只適合小批量、質量要求不高的風機葉片的生產。 

2.2預浸料成型 

預浸料成型方法是首先按要求的鋪層順序將預浸料鋪放在模具內，然后用真空袋將沒有成型的制件密封，抽成真空，排除其中的氣體和揮發(fā)成分，按最佳的固化工藝參數(shù)在熱壓罐內固化成型。預浸料成型法可以提高葉片綜合性能，使葉片厚度均勻、空隙率低，表面光滑平整。美國通用電氣公司和丹麥維斯塔斯集團對于40m以上的風機葉片使用這種成型方法[1]。 

2.3真空導入成型 

真空導入成型法是目前生產風機葉片的主導工藝，它是先將纖維等增強材料鋪放在模腔里進行抽真空作業(yè)，同時，在真空壓力的作用下將樹脂基體導入模腔來浸漬增強材料。真空導人工藝是密閉成型的，具有污染小、生產的葉片質量穩(wěn)定和生產效率高等優(yōu)點，有助于提高產品的性能、降低生產成本。 

3、結語 

目前國外風電葉片廣泛采用復合材料，并向大型化、低成本、高性能、輕量化、柔性化的方向發(fā)展，中國風電產業(yè)發(fā)展也非常迅速，生產技術也日趨成熟，逐步形成多個國產自主品牌。隨著風電技術的不斷發(fā)展，風機容量不斷增加，新材料的廣泛應用，為風機葉片設計產生提供更大的空間。 

參考文獻 

[1]高克強,薛忠民,陳淳,邱桂杰.復合材料風電葉片技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[j].新材料產業(yè),2010(12):4-7.