制造風電葉片用復合材料的選材依據

  制造風電葉片用復合材料的選材依據主要包括六點內容:受力要求;使用環境要求;樹脂與纖維的匹配;工藝性要求;成本;環保性。


  我國風能資源主要分布在東南沿海及附近島嶼、內蒙古、新疆、甘肅、東北、西北、華北和青藏高原等地區;近??砷_發風能資源是陸地的3倍多。我國高溫度出現在吐魯番49.6℃,一般情況下在40℃以下。復合材料耐熱性由樹脂玻璃化轉變溫度決定,一般長期耐熱溫度為Tg-30℃,因此Tg在70℃即可滿足要求,但Tg的測試方法需根據實際情況確定,耐溫性往往與固化溫度相關,固化溫度增大,制造難度加大,制造成本升高。


  風電葉片用復合材料不同材質的性能對比分析:
  1、基體樹脂
  不飽和聚酯樹脂--優點:工藝性好,價格低,綜合性能優良;缺點:固化收縮率大,污染大,性能偏低。
  乙烯基樹脂--優點:優異的耐腐蝕性,性能高于普通聚酯;缺點:價格高于聚酯,固化收縮率大,污染大。
  環氧樹脂--優點:性能優異,工藝性好,固化收縮率低;缺點:價格高,固化溫度高。
  熱塑性樹脂--優點:可回收,韌性高;缺點:價格高,工藝性差。
  2、增強纖維
  玻璃纖維--大量選用E玻纖,要求更高的強度和剛度時,使用高強玻纖S-2。優點:價格便宜,綜合性能優異;缺點:耐濕熱性能較差,密度較大,模量偏低。
  碳纖維--用量較少,與玻纖混雜使用或局部使用。優點:低密度,高強度,高模量,耐腐蝕,導電,低熱膨脹;缺點:價格高,脆性大。
  玄武巖纖維--優點:耐腐蝕,力學性能與高強玻纖相當;缺點:密度較大、不同地區性能差異大、價格偏高。


  碳纖維分為宇航級的小絲束(24k以下)和商用級的大絲束(24k以上),大絲束價格低,主要問題是絲束粗不易展開,纖維強度偏低,性能分散性偏大,展絲技術是大絲束應用的關鍵技術。[-page-]
  3、纖維結構
  經緯交織的機織物--紗線波浪形彎曲,纖維利用率低,承載能力差

    制造風電葉片用復合材料的選材依據主要包括六點內容:受力要求;使用環境要求;樹脂與纖維的匹配;工藝性要求;成本;環保性。
  雙軸向經編織物--實現有效的結構預定向設計,纖維利用率高,承載能力強,成型效率高
  緯編多軸向織物--更好的可成型性
  小型葉片(小于22m):E玻纖+不飽和樹脂(或乙烯基酯、環氧樹脂);價格低廉,性能較好,但不易滿足葉片的大型化、輕量化要求。
  較大型葉片(42m以上):碳纖維與玻纖混雜或碳纖維+環氧樹脂;價格較高,性能優良,提高葉片剛度的同時不增加自重,用于MW級葉片。
  一般認為,60m長的葉片是單純使用玻璃纖維增強體的臨界尺度,大于此尺度的葉片須使用碳纖維增強,當葉片的尺寸大到一
定程度時,由于使用碳纖維增強,玻纖和樹脂的用量可以減少,其綜合成本可以做到不高于玻纖復合材料。大絲束碳纖維進一步促進了碳纖維的應用。
  4、結構泡沫
  風力發電機用夾芯材料以閉孔泡沫材料為主,主要有PVC泡沫、PMI泡沫、PU硬質泡沫,此外還有balsa輕木。目前僅有瑞士AIREX公司、瑞典的DIAB公司、德國的Rohm公司等少數幾家公司擁有生產結構泡沫芯材的技術。另外,還需特別注意蒙皮與芯材脫膠問題。
  balsa輕木--抗壓抗剪強度高,比強度高,但性能不均勻,易霉變,易吸水。
  PVC泡沫--性能穩定,綜合性能優異,比強度低于輕木。
  PMI泡沫--價格低,成型加工簡單,性能一般。
  PU硬質泡沫--性能高,耐熱溫度高,價格高。