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環(huán)氧樹(shù)脂體系在風(fēng)力機(jī)中的應(yīng)用、回收與更新

2013-12-19 來(lái)源:建材情報(bào)所 瀏覽數(shù):2734

  這是系列文章之三。前兩篇只介紹國(guó)外環(huán)氧樹(shù)脂體系在風(fēng)力機(jī)葉片中的應(yīng)用。基于風(fēng)電業(yè)飛速發(fā)展的需求,本文則擴(kuò)大了視野和探討內(nèi)容,分為四部分:一、新近環(huán)氧樹(shù)脂體系在風(fēng)力機(jī)葉片、機(jī)艙罩和葉片模具中的應(yīng)用;二、FRP葉片的材料回收與更新近況;三、介紹兩種新穎的FRP成型工藝;四、小結(jié)。全文中FRP在葉片、葉片模具中的應(yīng)用是重點(diǎn);新的、環(huán)保材料—熱塑性復(fù)合材料是葉片材料的發(fā)展方向;FRP葉片的材料回收、“正運(yùn)行葉片破損自修復(fù)環(huán)氧樹(shù)脂體系”是發(fā)展動(dòng)向;“修復(fù)召回有瑕疵葉片的實(shí)例”是輿論熱點(diǎn)。
  關(guān)鍵詞:風(fēng)力機(jī)葉片  環(huán)氧樹(shù)脂  預(yù)浸料  粘結(jié)劑  自修復(fù)材料  回收
  1 概 述
  風(fēng)電屬極具發(fā)展?jié)摿Αl(fā)展最快的可再生能源。“目前,世界最大風(fēng)力機(jī)的輸出功率達(dá)6MW(葉輪直徑126m,葉片長(zhǎng)61.5m)、” [1] 7 MW(GE公司)甚至10 MW(英國(guó)正在試制)。[2]風(fēng)力機(jī)葉片起著將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的作用,是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)件。目前,葉片一般采用環(huán)氧復(fù)合材料(碳纖維或玻纖/環(huán)氧樹(shù)脂)加工。隨著風(fēng)電業(yè)的迅猛發(fā)展,葉片的復(fù)合材料[注]消耗量逐年遞增([注]:以環(huán)氧復(fù)合材料為主——筆者注):以印度風(fēng)力機(jī)葉片的復(fù)合材料消耗量為例(見(jiàn)表1),2008年為2.596萬(wàn)t, 2006~2009年的增長(zhǎng)率約28%;“我國(guó)2007年約7萬(wàn)t,年增長(zhǎng)率約80%”[3]。隨著風(fēng)力機(jī)、樹(shù)脂生產(chǎn)實(shí)踐和科技的發(fā)展,環(huán)氧復(fù)合材料除了廣泛用于加工葉片外,還加工葉片的模具和機(jī)艙罩、驅(qū)動(dòng)軸,新近還出現(xiàn)了用于修復(fù)葉片的新趨勢(shì),等等,不一而足——真可謂不可或缺、用途廣矣!

表1  印度風(fēng)電機(jī)葉片的復(fù)合材料消耗量[4]

年份
2006
2007
2008(估計(jì))
2009(預(yù)計(jì))
消耗量(千t)
15.79
20.27
25.96
33.20
年增長(zhǎng)率(%)
--
28.3
28.1
27.9
復(fù)合材料總耗量比率(%)
14.6
16.3
18.1
20.3

 

  2 制造葉片用環(huán)氧樹(shù)脂體系與成型工藝
  2.1 環(huán)氧樹(shù)脂、預(yù)浸料
  乘風(fēng)電業(yè)迅猛發(fā)展的大好形勢(shì),“世界頂級(jí)化工公司——德國(guó)BASF公司和美國(guó)Dow Epoxy System公司,都瞄準(zhǔn)了風(fēng)力機(jī)葉片市場(chǎng),紛紛競(jìng)相推出葉片用環(huán)氧復(fù)合材料配套系列產(chǎn)品。”[5]
  最近,江蘇泰州市惠利電子材料有限公司與山東大學(xué)合作,研制成環(huán)氧樹(shù)脂澆注料——葉片專用樹(shù)脂[注]。該材料有7項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品,質(zhì)優(yōu)、價(jià)格低于進(jìn)口貨,今年6月投產(chǎn),預(yù)計(jì)明年產(chǎn)量達(dá)1 500t/a ([注]:此前,該樹(shù)脂我國(guó)依賴進(jìn)口)。[21] Risoe DTU公司宣布:幫助中國(guó)林業(yè)部門(mén)利用竹纖維(bamboo shreds)/環(huán)氧樹(shù)脂試制葉片。[6]
  AIRSTONE system風(fēng)力機(jī)葉片用環(huán)氧產(chǎn)品(美國(guó)Dow Epoxy System公司)的性能好,通過(guò)了德國(guó)勞埃德(Germanischer Lloyd,GL)認(rèn)證;此外,還有模具用環(huán)氧樹(shù)脂、粘結(jié)劑等。其適用的成型工藝很多,如:真空灌注、濕法手糊等。真空灌注用低粘度環(huán)氧樹(shù)脂的流動(dòng)性極佳,可改善產(chǎn)品的力學(xué)性能、熱敏性能。該產(chǎn)品可使葉片更強(qiáng)韌、輕質(zhì)、易于生產(chǎn)。另訊:AIRSTONE牌環(huán)氧樹(shù)脂、半成品有三種配方:①美國(guó)POLY-CARB Inc. 的配方;②美國(guó)GNS Technologies的配方;③德國(guó)UPPC AG的配方,可用于加工葉片;[2]該公司的Styrofoam牌絕緣材料也可用于加工葉片。[7]
瑞士Gurit公司推出兩種葉片用環(huán)氧預(yù)浸料:①Spar Prog牌單向纖維預(yù)浸料,用于加工氣泡少、質(zhì)量高的厚層層壓板,生產(chǎn)效率高;②WE91L牌預(yù)浸料,放熱性低,低溫(如:80℃)固化或120℃/65分固化,21℃環(huán)境里的貯存期為60d。[8]

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