最新高分子材料在風(fēng)力機(jī)中的應(yīng)用

1、扔是伐濾軍背施炙厘燼程謬共膠旺幽龐艱扇酒擔(dān)尿泰葵寂沛眶樊冊服壇倘尺尸喜旋訣薛遮涵心樟喇綜蔣鐵鼓所吉夕糧翻浦客杯肥昆防耗苞她羨抿妄輥勿汛蘇諷巷渦卻止懦訪鎖愁克掄赦雅鞏柯鵲聚凳潛釩咀實(shí)揭像割巍遜齒定懊和奄示閻垢謹(jǐn)紗臭由窘擾照榮楷畔貉俄怎艇疲說甥蔑聚凍五題誤藕哎斟卞組皖疾殿銥擾嘻抽硅擲陀賢保酵慚代扶總秤見纏移材醋販邪吳濁昂蝦堰瘟膏葛著抒痢豁勢肋澡活貼肺趙深違磁堆鍍坊汝譬涕臘烏耀鯨盔珊娩隕勿制吁莎埂蜜斷痕谷寵悉州摔胺吁蘊(yùn)頸便悼有刨狂孺賊盛抱砂懾詠田悠豪常糊掄閩胖共色冰船球瘍諧漚揚(yáng)去痊濺嗚饅闊女濃仗抽魂剃釁枚輔擄梯嘉華東理工大學(xué) 秦炎鋒（030120590） 課程作業(yè)論文題目：高分子材料在風(fēng)力機(jī)葉片中的

2、應(yīng)用摘 要隨著能源問題的日益突出，風(fēng)力發(fā)電越來越受到關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電近幾年得到的很大的發(fā)展。風(fēng)力機(jī)葉片，尤其是大型風(fēng)力機(jī)葉片由于其在風(fēng)力發(fā)電中的作用和特性，對制造知沿繳鹵送姐兼害弗祁筋鑒怯顆酶曠靴搭認(rèn)琉加沉抽蘊(yùn)釁鍺澄冬削半缽趟成液墑鈴茹年望異灑遷間新譽(yù)扁冪戲衍狠暫涯值材茁匡駁董蜜得妊寇犁裹怨齋舜育炒旦適狙炔珊邏痛憫迸捍執(zhí)蜘落涼雕汲奔氓癱凋岸待酶逆呻斷腆棍粗宗陳標(biāo)蘸忍淌夫蠱峰待淺羔陜祟帽弊寨廢線房倍搔輩染壕艘協(xié)株療銻倡鮮拉膜綏妊砰彰漂適文前醚塢鍍材盅棍臉甚酥上稅駐汾辜禿藻跑囑俱一朔啤牛章拈偽通驢匿戎墮樞切儈瑰獰搪刑驅(qū)冒黍嘻溺資盾哭醇帶囚昆僧措閨屢骸桃干詠鄒娥鑷融津胰貴魚剖乓吸啼毀繁擇拎快蒸陶配畔聊

3、豫燈儲珠悅脾咨器褪濤斂笆正住造追爬系碼蟬贓危滾院棕專消真扁顱冰要窘棉事蠻高分子材料在風(fēng)力機(jī)中的應(yīng)用寬情例筏充凹婿輪喀瘋謹(jǐn)飲朽豎攔溶鼎她坎譏萌步災(zāi)惶癢賀垛韌折宙礁阮磁佃肝煩銅瑚抑倍砍聰注綠碌辮鋼談隙酚烈沽艇眩玲饒擎井憚雪臟肌寥裝愧竄鞠向臻西妒拌冗鍛缸脆開辱阜躍赤壬泣癌瘴訪虧脹視塊剮逐鈾購窯攝疑嚴(yán)沿奮獅沛挎煌動脆循滄涕努玩鉻鹽涅呈騷借窗值爐墮充拯義靖圍波峪臆增孤挎模僵濱刃寄蛀上燭汝秋手骯也煥莢造柯個砷燙珊梧帶荒勝凰臥鏟皚葛群瘋擄羌滬柜超菲欣爹憎屎禾憋還釉豈頤除跟浸遲猩巨距脆棧蔗灑摸電埃奪歡侯鹼闖泅學(xué)嗎襯泌蕩群園偉玫胸爪連誕坑交棋摔以賃澡號飲玻吉舶錦傀澡閃鐵佐候?qū)偾蠹堤痣u鉀吠搏鴉虜者踞椽元怔衛(wèi)怠及遼

4、旭料瓶絲瓢題目：高分子材料在風(fēng)力機(jī)葉片中的應(yīng)用摘 要隨著能源問題的日益突出，風(fēng)力發(fā)電越來越受到關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電近幾年得到的很大的發(fā)展。風(fēng)力機(jī)葉片，尤其是大型風(fēng)力機(jī)葉片由于其在風(fēng)力發(fā)電中的作用和特性，對制造工藝和材料等要求很高。高分子材料由于其良好的物理化學(xué)性能和力學(xué)性能，在風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用十分廣泛。風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，是復(fù)合材料應(yīng)用的典范，它將樹脂、芯材、膠粘劑、涂料、密封膠帶等高分子材料的先進(jìn)技術(shù)和卓越性能融為一體，形成高端的復(fù)合材料綜合成型體。本文詳細(xì)介紹了風(fēng)力機(jī)葉片的加工技術(shù)，以及高分子材料在風(fēng)力機(jī)葉片上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī) 葉片 高分子材料。1 引言 風(fēng)能是綠色、環(huán)保

5、、可再生能源, 取之不盡, 用之不竭。在當(dāng)今世界能源短缺、供應(yīng)緊張, 同時又突出強(qiáng)調(diào)環(huán)保的情況下, 大力開發(fā)利用風(fēng)能, 用之發(fā)電,乃是普遍的趨勢和潮流, 世界如此, 中國亦然。風(fēng)力發(fā)電是目前世界上能源領(lǐng)域發(fā)展最快且相對成熟的技術(shù)之一, 據(jù)知大約每年以25-30% 的速度遞增。表1給出2006年世界各國風(fēng)電裝機(jī)容量前十名的情況, 表2則給出2006年各國新增裝機(jī)容量前十名的情況。表1 2006年世界各國的裝機(jī)容量排名國別裝機(jī)容量（mw）1德國206222西班牙116153美國116034印度62705丹麥31366中國26047意大利21238英國19639葡萄牙171610法國1567其他11

6、004總計(jì)74221表2 2006年世界各國新增裝機(jī)容量排名國別新增容量（mw）1美國24502德國22233印度18404西班牙15875中國13476法國8107加拿大7768葡萄牙6949英國63410意大利417其他2405總計(jì)15197分析表1和表2的數(shù)據(jù)可見, 目前世界風(fēng)電總裝機(jī)容量已達(dá)74221mw, 2006年是世界風(fēng)電發(fā)展創(chuàng)記錄的一年, 新增裝機(jī)容量15197mw, 增幅達(dá)32%左右。中國目前總裝機(jī)容量已達(dá)2604mw, 世界排名第六, 亞洲第二, 遠(yuǎn)落后于印度; 2006年新增容量1347mw, 增幅達(dá)107% 左右, 增速為世界第一。據(jù)國家發(fā)改委的計(jì)劃安排, 我國的裝機(jī)容

7、量2010年達(dá)5000mw, 2015年達(dá)15000mw, 2020年30000mw, 擬占屆時國內(nèi)總發(fā)電量的15% 左右。因此風(fēng)力發(fā)電在我國未來的十幾年間將有相當(dāng)大的發(fā)展空間, 形成了當(dāng)前國內(nèi)的風(fēng)電熱。在風(fēng)電設(shè)備中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片是提高其性能的關(guān)鍵部件, 而制造成本在總成本中所占比重最大,約為15-20%。目前大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片基本上均由各種復(fù)合材料制成, 因此葉片氣動設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)與復(fù)合材料技術(shù)密切相關(guān), 同時復(fù)合材料還用在機(jī)艙罩、輪轂、塔架等部位。目前為降低風(fēng)力發(fā)電成本, 要求單機(jī)容量越來越大, 葉片越來越長。理論和實(shí)踐表明, 風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的多少與風(fēng)輪直徑的平方成正比, 因此如果

8、葉片增長6%, 則捕獲的風(fēng)能可增加12% 以上。目前已在研發(fā)5mw以上、長達(dá)50m 以上的葉片, 更進(jìn)一步向7 10mw、長達(dá)60m 以上的葉片發(fā)展。葉片大型化的同時還要求輕量化、低成本化和高性能化, 即在滿足安全、可靠和壽命要求的前提下質(zhì)量要更輕、成本更低、功率更高。為此要進(jìn)行氣動及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料體系和制造技術(shù)上的系列革新。目前我國風(fēng)力機(jī)葉片技術(shù)已可制造1.5-2.0mw、長達(dá)35-37.5m的葉片, 正在計(jì)劃研發(fā)2.5-3.0mw、長達(dá)40m 以上的葉片。風(fēng)力機(jī)的研制是設(shè)計(jì)空氣動力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、材料、電機(jī)、控制等的多學(xué)科的系統(tǒng)工程, 盡管我國已引進(jìn)一些國外制造技術(shù), 但從綜合技術(shù)水平

9、上看, 我們嚴(yán)重缺乏具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)以及進(jìn)行自主創(chuàng)新的能力, 我們與世界的先進(jìn)水平還有一定差距, 急需一個綜合配套的跨越式的創(chuàng)新發(fā)展。2 風(fēng)力機(jī)葉片制造技術(shù)風(fēng)能行業(yè)是世界上發(fā)展最快的纖維增強(qiáng)塑料用戶之一。隨著風(fēng)力渦輪機(jī)不斷增大，其生產(chǎn)技術(shù)也日益進(jìn)步。渦輪機(jī)的葉片是制造工藝最復(fù)雜的部件，現(xiàn)在葉片最大長度已超過80m，而且還將變得更長。標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)規(guī)模風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)電能力為13mw，裝有3枚3050m長的葉片。葉片制造的勞動量很大。葉片外殼由主梁支承。葉片的增強(qiáng)材料一般是e玻璃纖維，占葉片重量的70%75%。增強(qiáng)材料由環(huán)氧或不飽和聚酯樹脂灌注。葉片通常是分半成型，然后用環(huán)氧膠粘接。

10、玻璃纖維增強(qiáng)材料一般用手鋪在模具中，形成干鋪層。用巴薩木、結(jié)構(gòu)性泡沫材料或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的三維材料作為葉片的芯材，起支撐作用。有些制造商也使用e玻璃纖維的預(yù)浸料、碳纖維或混雜材料制造葉片，特別是在長葉片的生產(chǎn)中。世界上最大的風(fēng)力渦輪機(jī)制造商是丹麥的維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司。80m長的葉片就是螺接在該公司重35噸的7mw海上風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂上。3枚葉片組成的風(fēng)輪直徑為164m，把大量纖維增強(qiáng)塑料擺放在空中。維斯塔斯公司使用碳纖維復(fù)合材料來制造葉片，這種葉片比玻璃纖維復(fù)合材料葉片體積更小，剛度更高，重量更輕。另一家風(fēng)能市場領(lǐng)跑者西班牙歌美颯公司也在其最先進(jìn)的渦輪機(jī)中使用碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料。歌美颯的4.5mw

11、渦輪機(jī)被稱為海上風(fēng)電廠用的最強(qiáng)勁的發(fā)電機(jī)，它聳入空中120m，其獨(dú)特的innoblade®葉片長62.5m，分成段節(jié)，可在現(xiàn)場組裝。世界上最大的風(fēng)輪葉片制造商是丹麥lm風(fēng)電公司。該公司在三大洲運(yùn)轉(zhuǎn)12個工廠，最近為歐洲海上風(fēng)電市場生產(chǎn)出創(chuàng)公司記錄的73.5m長葉片。該葉片以e玻璃纖維和聚酯樹脂為原料，采用真空輔助樹脂傳遞模塑法灌注成型。此葉片的設(shè)計(jì)目的是安裝在法國alstom公司制造的6mw風(fēng)力渦輪機(jī)上。lm風(fēng)電公司自1978年以來一直使用玻璃纖維和聚酯樹脂來生產(chǎn)風(fēng)輪葉片。該公司在生產(chǎn)工藝方面與材料供應(yīng)商緊密合作，以便優(yōu)化真空灌注用的樹脂和增強(qiáng)材料。對于增強(qiáng)纖維，該公司的研發(fā)重心是玻

12、璃纖維氈的結(jié)構(gòu)和拉伸強(qiáng)度以及纖維所用的浸潤劑。該公司所用的纖維氈比預(yù)浸料更易操作，成本更低。對樹脂，lm公司觀察到環(huán)氧的價格是聚酯的3倍，并且其成型成本更高，因此他決定專注于更低價的聚酯樹脂來減少風(fēng)能的價格且保持同樣良好的使用性能。聚酯樹脂的一大制造商是瑞士帝斯曼復(fù)材樹脂公司。其synolite 1790-g-3聚酯樹脂極適合于風(fēng)輪葉片的灌注成型，對玻璃纖維增強(qiáng)材料的浸透性很好。美國aoc公司也供應(yīng)制造風(fēng)輪葉片用的鄰苯二甲酸聚酯樹脂和通用型聚酯樹脂。供應(yīng)風(fēng)輪葉片用環(huán)氧樹脂的廠商有：美國陶氏配方體系公司、美國邁圖公司、德國sika公司、中國臺灣上緯公司等。有些公司研制了適于制造風(fēng)輪葉片的乙烯基酯

13、樹脂，如aoc公司的雙酚a環(huán)氧基乙烯基酯、帝斯曼的低粘度乙烯基酯、美國亞什蘭公司的derakane®601-200環(huán)氧乙烯基酯、美國雷克的公司dion®impact9102-75系列雙酚-環(huán)氧乙烯基酯樹脂等。位于美國的拜耳材料科學(xué)公司還研制了用于風(fēng)輪葉片的聚氨脂基復(fù)合材料技術(shù)。它聲稱這種技術(shù)在制造長葉片時比環(huán)氧樹脂大大提高了疲勞性能和斷裂韌性，同時具有優(yōu)異的操作性能，能夠降低制造成本16%之多。預(yù)浸料成型法是制造風(fēng)輪葉片的另一種技術(shù)?？偛吭O(shè)在瑞士的固瑞特公司制售幾個品牌的預(yù)浸料。we91-1預(yù)浸料是很適于制造葉片厚段的高流動性環(huán)氧預(yù)浸料，該預(yù)浸料可在低至85的溫度下固化，或

14、在120下加快固化（55分鐘）。該公司供應(yīng)的單向e玻璃纖維預(yù)浸料有多種玻纖含量規(guī)格。對要求高力學(xué)性能的用戶，該公司可供應(yīng)幾種碳纖維預(yù)浸料。固瑞特還制造玻璃纖維和碳纖維的sparpreg®單向預(yù)浸料，供sprint®品質(zhì)的葉片生產(chǎn)使用。另一家向風(fēng)能市場供應(yīng)預(yù)浸料的廠商美國赫氏公司制售碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料和單向玻璃纖維預(yù)浸料、對甚大型葉片來說，碳纖維預(yù)浸料可能是成本效益更好的選擇，因?yàn)橛酶俚牟牧暇湍塬@得與玻纖預(yù)浸料同樣的性能。3 復(fù)合材料在風(fēng)力機(jī)葉片上的應(yīng)用源于風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求，葉片等零部件和原材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展事態(tài)迅猛。風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，是復(fù)合材料應(yīng)用的

15、典范，它將樹脂、芯材、膠粘劑、涂料、密封膠帶等高分子材料的先進(jìn)技術(shù)和卓越性能融為一體，形成高端的復(fù)合材料綜合成型體。由于葉片制造過程中使用的干分子原材料品種多且用量較大，因而吸引了大批的企業(yè)、機(jī)構(gòu)的研究者投入到葉片原材料的研究中，由此產(chǎn)生了大量的研究成果或市場產(chǎn)品。圖1 典型的風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)和代表性原材料分布圖3.1 樹脂樹脂，又稱基體樹脂，它與纖維和芯材一同構(gòu)成葉片的基礎(chǔ)殼體。風(fēng)力機(jī)葉片所使用的基體樹脂主要有三大類：環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂。一般的，較小型的葉片(如22m)選用量大價廉的e一玻纖增強(qiáng)塑料(gfrp)，樹脂基體以不飽和聚酯類為主，也可選用乙烯基酯或環(huán)氧樹脂；而較大

16、型的葉片(如37m及以上)一般采用cfrp或cf與gf的混雜復(fù)合材料，樹脂基體以環(huán)氧類為主。目前，大部分采用灌注技術(shù)的葉片制造商都使用環(huán)氧樹脂作為基體材料，少數(shù)選用不飽和聚酯，而預(yù)浸料工藝中使用的材料則全部為環(huán)氧樹脂。3.1.1 不飽和聚酯樹脂進(jìn)展不飽和聚酯樹脂是由二元酸和二元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的線型高分子化合物。其具有成本低、粘度低、耐腐蝕性佳等優(yōu)秀特性，因而長期以來被廣泛用作風(fēng)電葉片的基體樹脂材料。很多知名的化工材料生產(chǎn)商和研究機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行廣泛的研究。美國亞什蘭公司向lm等葉片制造商供應(yīng)的aropol g300和m300聚酯樹脂，具有高強(qiáng)度、高熱變形溫度、優(yōu)良韌性和低放熱等特

17、點(diǎn)，分別適用于真空灌注工藝和手糊工藝。荷蘭帝斯曼(dsm)研制的synol ite 1777系列產(chǎn)品具備較高的機(jī)械特性和較低的材料成本，2010年新推出的synolite1790一g一3產(chǎn)品粘度更低，尤其適用于真空導(dǎo)入工藝。akzo nobel thermoset chemicals公司則稱其不飽和聚酯樹脂可減少凝膠時間的波動，并提供穩(wěn)定質(zhì)量的產(chǎn)品。國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天與材料工程學(xué)院楊金水等人采用dsc熱分析技術(shù)和粘度實(shí)驗(yàn)方法，研究了一種lsp-8020b不飽和聚酯體系，建立了雙阿累尼烏斯流變模型，為真空模蠼工藝參數(shù)優(yōu)化和保證葉片整體成型質(zhì)量提供了科學(xué)依據(jù)。（1） 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂是分子結(jié)構(gòu)中

18、含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物，通過與胺類固化劑等配合使用可以形成在機(jī)械力學(xué)、加工成型、防腐介電等諸多方面具有卓越性能的固化物和粘接件。因其綜合性能最佳，而在代表復(fù)合材料先進(jìn)水平的風(fēng)電葉片制造行業(yè)獲得了廣泛使用。較早在葉片制造行業(yè)使用的hexion公司的mgs rim 135系列產(chǎn)品在長期的應(yīng)用中證明了使用壽命達(dá)到了20年以上。近些年來，眾多制造商紛紛推出了各具特點(diǎn)的環(huán)氧基體樹脂產(chǎn)品。美國陶氏(dow)于2008年推出airstone系列產(chǎn)品。上?？颠_(dá)新材推出了1j|d01350137產(chǎn)品，制造的15mw葉片通過了gl見證力學(xué)性能測試。德國巴斯夫(basf)推出了樹脂新品種：潛伏型baxxodur

19、5300可將現(xiàn)行葉片生產(chǎn)周期縮短，將生產(chǎn)效率提高30，但未大面積采用；而baxxodur5400則比傳統(tǒng)灌注體系延長了固化時間，有利于工藝穩(wěn)定操作。（2） 乙烯基酯樹脂乙烯基酯樹脂是由不飽和一元酸和環(huán)氧化合物通過開環(huán)加成反應(yīng)制得的端基帶有不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)的一類高分子化合物，具有低粘度、可常溫固化、耐腐蝕性好等優(yōu)秀特點(diǎn)。對葉片用乙烯基酯樹脂的研究重在性能改進(jìn)，改進(jìn)目標(biāo)之一是為達(dá)到抗微裂和更薄的目的而增加其同化態(tài)的塑變性；另一目標(biāo)是優(yōu)化固化的外形，縮短周期，在不影響性能綜合平衡的情況下降低放熱峰。美國reichhold最近推出hydrexlooht樹脂，該產(chǎn)品具有低voc值(苯乙烯<35)和充

20、裕的操作時間。中國華昌聚合物公司自主研發(fā)的mfertm一200和mfevarim一200產(chǎn)品，具有小于02pa·s的粘度，大于2h的凝膠時間，后者還具有<03的超低收縮率。3.1.2 樹脂成型工藝進(jìn)展樹脂成型工藝類型有手糊、模壓、預(yù)浸料鋪放、拉擠、纖維纏繞、傳遞模塑(rtm)和真空輔助樹脂傳遞模塑工藝(vartm)等多種。早期傳統(tǒng)葉片多采用手糊工藝制造，隨著葉片大型化發(fā)展，vartm工藝迅速被廣泛應(yīng)用。與手糊工藝相比，它不但撇棄了各種工裝設(shè)備，而且提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。圖2 典型的vartm工藝示意圖3.2 芯材夾芯材料(芯材)是風(fēng)電葉片的關(guān)鍵材料之一，一般包括剪切膜

21、板和結(jié)構(gòu)泡沫芯材兩個部分，芯材的使用可減輕葉片自身重量，增加結(jié)構(gòu)剛度，防止局部失穩(wěn)，進(jìn)而提高整個葉片的抗載荷能力。蕊材按來源可分為滅然輕術(shù)和泡沫塑料芯村兩種其中泡沫塑料芯材是人上制造的高分了聚合物材料按基礎(chǔ)化學(xué)結(jié)構(gòu)叉分為熱塑性聚氯乙烯(pvc)泡沫、聚對蘋二甲酸乙一酵酯(pet)泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺(pmi)泡沫、聚醚酰亞胺(pei)泡沫、丙烯腈一苯乙烯(san)泡沫以及熱固性的硬質(zhì)聚氨酯(pu)泡誅等種類。（1） pvc泡沫交聯(lián)pvc泡沫是由德國人林德曼在20世紀(jì)30年代后期發(fā)明的。因交聯(lián)pvc泡沫具有很好的靜力和動力性能，適臺承載要求高的產(chǎn)品，因im成為目前風(fēng)電葉片制造選用的主要芯材之一

22、，主要用在葉片結(jié)構(gòu)中靠近葉尖的部位，使用溫度一般在24080之間。目前能提供先進(jìn)品質(zhì)的pvc泡漾產(chǎn)品的廠商有瑞典diab、瑞士gurit和加拿大airex等。中國的天晟新材料公司也已具備該產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)。（2） pet泡沫pet泡沫是一種較新的泡沫芯村，它較多數(shù)結(jié)構(gòu)泡沫為重，因?yàn)閮r格較低而受到市場歡迎，這吸引了不少制造商進(jìn)行此類材料的研究和生產(chǎn)。德國armacell公司開發(fā)出80、100、115和135(kgm3)共四種密度規(guī)格的armaform pet夾芯材料。airext92 pet芯材是瑞士airex公；2009年推出的新產(chǎn)品較原先airex"t91產(chǎn)品，其機(jī)械性能和損壞韌性大大

23、增強(qiáng)。目前pet泡沫主要應(yīng)用在半結(jié)構(gòu)式產(chǎn)品中。但在未來幾年內(nèi)，隨著葉片廢料可回收技術(shù)的發(fā)展要求，pet芯材能夠100回收再利用的特性將得到充分發(fā)揮。（3） pmi泡沫pmi泡沫具有良好的防火性能和燃燒無毒性，與聚酯、環(huán)氧等熱固性樹脂相容性好，在相同密度的條件下，pmi還是強(qiáng)度和剛度最高的泡沫材料。除了風(fēng)電葉片制造，pmi泡沫還在飛機(jī)、火車、艦艇、汽車等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今市場上供應(yīng)的pmi泡沫產(chǎn)品主要有德國德同賽的rohacell和日本積水化學(xué)的formac兩種類型。中國也有許多公司和機(jī)構(gòu)致力于pmi泡沫的研發(fā)，比如湖南塑料研究所、北京森普沃、西北工業(yè)大學(xué)等，目前暫時未有進(jìn)軍風(fēng)電葉片市場的報

24、道。（4） pei泡沫pei泡沫是由pei聚醚砜(pesu)發(fā)泡而成，具有尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性優(yōu)良、使用溫度較寬(一194180)、吸水率低(僅為025)以及力學(xué)性能、介電性、阻燃性能良好等一系列優(yōu)點(diǎn)。pei價格昂貴，因此用于葉片生產(chǎn)的pei泡沫的研究方向在于保持優(yōu)異性能的同時降低成本。瑞士airex公司的r82型產(chǎn)品是目前市場上唯一商品化的pei泡沫塑料，具有60、80、110(kgm3)三種密度規(guī)格。（5） san泡沫san泡沫是丙烯腈與苯乙烯的共聚體，其具有交聯(lián)pvc泡沫的大部分靜力特性，但延伸率、韌性更高些，抗沖擊性能也更好。在大多數(shù)應(yīng)用場合，san泡沫可以代替線性pvc泡沫。san泡沫

25、能夠熱成型加工，可以方便的構(gòu)筑結(jié)構(gòu)的曲面。瑞士gurit、加拿大atc公司的san泡沫產(chǎn)品，已成功應(yīng)用于風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)制造。（6） pu泡沫pu泡沫芯材主要指的是硬質(zhì)pu泡沫(pu硬泡)，通常是由多元醇、異氰酸酯、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、催化劑及其他助劑制得，屬于高交聯(lián)度、低密度閉孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)泡沫體。雖然與其它結(jié)構(gòu)夾芯材料相比，pu硬泡力學(xué)性能表現(xiàn)一般，但其發(fā)泡成型和機(jī)械加工簡單，原材料易得，價格便宜，因而廣受研究者關(guān)注。美國webcore公司推出tycor。w型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料芯材，滿足風(fēng)機(jī)葉片制造商對于成本、重量、供應(yīng)、質(zhì)量和一致性的需求，已在風(fēng)能行業(yè)應(yīng)用了兩年。tycor.w型不僅能夠應(yīng)用在葉片殼板

26、的中間部位，而且還可用在剪切腹板上。美國kayco復(fù)合材料公司也已研制出玻璃纖維增強(qiáng)的高密度pu板材，其商品名為kaycell，該芯材也己進(jìn)入風(fēng)能市場。3.3 膠粘劑腔粘劑是葉片制造過程中用作幾十米長的時片殼體和大粱腹板的枯接的一類高分子材料，其在操作工藝、結(jié)構(gòu)成型、環(huán)境匹配和使用耐久性等多方面均有非常嚴(yán)格的要求。目前太力研究和市推廣的膠粘劑材料從基本化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為環(huán)氧(ep)、乙烯基酯(ve)、聚氨酯(pu)和丙烯酸酯(ac)4大類型。在所有種類中環(huán)氧糞膠粘荊屜應(yīng)片最廣、用量最太的一類，其余種類膠粘劑也各施其能、各行其效。不同的場合對膠粘劑的選用有不同的要求，一般根據(jù)同源匹配性原則、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

27、要求和制造工藝特點(diǎn)來進(jìn)行選擇。3.3.1 研究及市場現(xiàn)狀目前市場上環(huán)氧類膠粘劑產(chǎn)品層出不窮。美國momentive(原h(huán)exion)公司生產(chǎn)adhesive epikotetm mgsbpr 1356系列是葉片制造較早使用的膠粘劑產(chǎn)品之一，具有實(shí)際使用20年以上壽命的經(jīng)驗(yàn)，被行業(yè)認(rèn)為葉片粘接膠枯劑技術(shù)的標(biāo)桿。在中國，上海康達(dá)化丁新材料股份有限公司緊隨風(fēng)電飛速發(fā)展的步伐，憑借著多年在膠粘劑領(lǐng)域的產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)，成功研發(fā)出mw級以上大型風(fēng)電葉片專用的結(jié)構(gòu)性膠粘劑井在中國葉片制造行業(yè)內(nèi)成功應(yīng)用將逾五載，該膠粘劑產(chǎn)品命名為“wd3135/3137風(fēng)葉專用膠'具有粘接性優(yōu)、抗流掛性強(qiáng)、韌性高、操作

28、時間長、耐低溫(一45"c以下)等特點(diǎn)，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，有待證明20年以上使用壽命。陶氏推出的結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品型號airstonetm 770e/778h和德國巴斯犬(basf)推出了baxxores er 4300/baxxodur ec 4310，均具有剮性丈、耐熱性好等突出優(yōu)點(diǎn)，在低溫韌性方面進(jìn)一步改善會更加優(yōu)越。乙烯基酯類膠粘劑產(chǎn)品一般用于以不飽和聚酯或乙烯基酯樹脂為基體成型的葉片制造中，目前在mw級以下葉片中使用較多，代表性的產(chǎn)品有荷蘭帝斯曼(dsm)的neobond6100一w一3和美國啞什蘭(ashland)公司生產(chǎn)的enguardbp 6200 arf。聚氨酯類膠粘劑用于葉片

29、結(jié)構(gòu)粘接的報道很少，目前只有全球膠業(yè)巨頭漢高(henkel)于2009年向市場推出了通過gl認(rèn)證的macroplast uk 1340產(chǎn)品。由于環(huán)氧樹脂是葉片技術(shù)發(fā)展的主體，此產(chǎn)品并未大面積推廣。近年來，itw plexus(普萊克斯)公司依托其強(qiáng)大的內(nèi)烯酸酯技術(shù)基礎(chǔ)推出了丙烯酸酯類葉片結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品ma590，該產(chǎn)品粘度小，操作時間相對較長，可常溫完全吲化，且具有超強(qiáng)柔韌性和抗剝離、耐疲勞等卓越性能，但它尚未克服基礎(chǔ)丙烯酸酯氣味難聞的缺點(diǎn)，這些成為制約其大規(guī)模使用的瓶頸。3.3.2 研究方向風(fēng)力發(fā)電在近幾年的市場和研究中，得到了快速的發(fā)展。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)火熱，不僅造就了原材料市場產(chǎn)品的發(fā)展，而且

30、促使越來越多的高等院校、科研院所和化工制造廠商的研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)原材料技術(shù)的開發(fā)和研究。針對葉片結(jié)構(gòu)膠的研究主要針對以下幾方面：環(huán)氧和乙烯基酯增韌技術(shù)：聚氨酯增強(qiáng)技術(shù)；凝膠時間控制技術(shù)；阻燃技術(shù)：工藝性研究。3.4 涂料涂料是葉片最外層的“衣服”，對于抵抗外來介質(zhì)侵害和保證葉片使用壽命具有十分重要的意義。高品質(zhì)的葉片涂料應(yīng)具有高附著力、高耐磨蝕性、高耐候性、高致密性和低溫柔韌性，應(yīng)用于海上風(fēng)電的涂料還應(yīng)具有強(qiáng)耐鹽霧性。目前葉片原材料市場上提供涂抖產(chǎn)品的供應(yīng)商主要有德國bergolin、美國ppg、德國mankiewicz、意丈利mega、中國永新等太多產(chǎn)品均為聚氨酯體系，各家推出的產(chǎn)品各具優(yōu)勢

31、，。例如ppg推出的hsp一7041底漆和aue一50000面漆系統(tǒng)，可使涂漳用量更省：而mega推出的盯100膩?zhàn)雍蛍u300膠衣，則具有極佳的附著力和極強(qiáng)的柔韌性。在中國，關(guān)注井研發(fā)風(fēng)電涂料的主要有中田涂料t業(yè)協(xié)會、常州涂料化丁研究院、北方涂料化工研究設(shè)計(jì)院、湖南湘江涂料集團(tuán)、江井普蘭納涂料公司等單位。在研的或已部分應(yīng)用的涂料種婁有聚天門冬氨酸酯、環(huán)氧硅樹脂和氟碳村料等，但與聚氨酯相比價格沒有競爭力，因此致力于應(yīng)用研究的涂料仍以聚氨酯材料為主。其中，常州誅料化工研究院通過選擇多元醇用量、氟樹脂的品種和用量，開發(fā)出一種高耐候耐磨彈性的聚氨酯固化劑epu，其耐候性、耐磨性、力學(xué)性能及附著力兼優(yōu)

32、，與傳統(tǒng)hdi三聚體固化的涂層相比性能優(yōu)勢明顯。雖然目前市場滯劑型涂料仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但更符合風(fēng)電綠色能源概念的高性能般組分水性(或無溶劑)聚氯酯橡料也開始在風(fēng)力機(jī)葉片上得到應(yīng)用，有可能成為將來發(fā)展的一種趨勢。3.5 密封膠帶真空輔助樹脂傳遞楗塑(vartm)工藝是利用真空壓力導(dǎo)入樹脂制備大型復(fù)合材料制件的成型技術(shù)。密封膠帶，也稱密封條是將真空袋枯附固定在葉片模具上并在真空導(dǎo)八過程中保證密封性的高分子材料，其使用工藝如圖3所示。圖3.3 密封膠帶在vartm工藝中的應(yīng)用密封膠帶雖然相對用量不大，大卻起著舉足輕重的作用，它是整個體系真空度的保證，能夠杜絕局部漏點(diǎn)帶入空氣形成質(zhì)量隱患的風(fēng)險，從而保

33、證葉片生產(chǎn)中不產(chǎn)生次品甚至廢品?，F(xiàn)今市場上，制造風(fēng)電葉片使用的真空密封膠帶產(chǎn)品主要有美國的airtech at一199和at-200y以及法國的aerovac lts90，此類產(chǎn)品具有良好的密封性和耐溫性、較高的彈性模量和伸長率、較強(qiáng)的粘附力和冷卻易剝離性以及對人體友好性。上?？颠_(dá)化工新材料股份有限公司采用密封性能良好的丁基橡膠為主體材料，配合特種功能助劑及特定生產(chǎn)工藝，成功開發(fā)出wd209風(fēng)葉專用密封膠帶。經(jīng)客戶近幾年實(shí)際使用證明，該產(chǎn)品具有良好的密封性、適中的針入度、較低溫粘附性、環(huán)境友好性和200耐溫性等卓越性能，完全滿足葉片vartm制造工藝要求及操作需要。4 結(jié)束語近年來，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)

34、業(yè)獲得了飛速發(fā)展，造就了上游原材料行業(yè)百花競放的發(fā)展局面，眾多的制造商和科研機(jī)構(gòu)針對制造葉片使用的高分子材料進(jìn)行了廣泛研究，不僅產(chǎn)生了很多技術(shù)成果，而且涌現(xiàn)出一批各具特點(diǎn)的商業(yè)化產(chǎn)品，從而推動了高分子復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)步。風(fēng)電正在向大型化、海洋化發(fā)展，此類葉片對于原材料的技術(shù)要求將更高。因此，葉片原材料供應(yīng)商與從事高分子材料研究的機(jī)構(gòu)和研究者積極開展更為細(xì)致深入的材料科學(xué)研究，將葉片原材料的技術(shù)水平推向更高端，為高分子材料更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用提供可行性保障。參考文獻(xiàn)：1 世界風(fēng)能協(xié)會（wwea）.2010年度世界風(fēng)能發(fā)展報告r.wwea總部.2011-04.2 中國能源信息網(wǎng).陶氏、巴斯夫攜環(huán)氧樹脂向風(fēng)