風力機葉片材料的選擇與評價(圖表)

　　摘　要：本文主要介紹風力機復合材料葉片用基體材料、增強材料、膠粘劑和芯材的選材要求和評定方法，為現有材料的替代和新型材料的選擇，尋求綜合性能優異的材料提供參考，以滿足葉片低成本、輕量化、質量穩定性的需求。
　　1. 引言
　　葉片是風力發電機中最基礎和關鍵部件，對風力機組的發電效率、運行安全起著至關重要的作用，其良好的設計、穩定的質量和優越的性能是保證風電機組正常運行的重要因素[1]。葉片在工作中要承受風載荷、砂粒沖刷、紫外線照射、鹽霧腐蝕等外界因素的作用，要求葉片具有比重輕、最佳的疲勞性能和機械性能，能經受極端惡劣條件和隨機負荷的考驗，具有良好的耐紫外線性能、耐腐蝕性能和良好的穩定性。
　　葉片材料的選擇是葉片設計的關鍵，優良的材料是風力機葉片具有優良特性的重要保證。現今國內風電行業形勢嚴峻，市場競爭激烈，同時葉片向大型化方向發展，使得替代材料的選擇和先進材料的開發顯得尤為重要。國內目前尚未有特定的標準和評定方法，結合國內外葉片材料的要求及實際生產要求，主要從基體材料、增強材料、膠粘劑和芯材等幾方面對葉片材料進行分析，提出選材的相關要求和方法。
　　2. 葉片材料體系
　　復合材料葉片大多采用組裝方式制造，一般是先在特有的模具上分別成型葉片主梁、腹板及其他部件，然后在主模具上把兩個殼體、腹板及其它部件通過結構膠粘劑膠接組裝在一起，合模加壓固化后制成整體葉片。目前國內以真空輔助灌注工藝為主，其主要材料為增強材料、基體材料、芯材和膠粘劑。
　　2.1 增強材料
　　增強材料主要起著承載載荷的作用， 包括E- 玻璃纖維、S- 玻璃纖維、M- 玻璃纖維、碳纖維以及超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維等新型纖維。
　　E- 玻璃纖維因其成本低、適用性強的特點得到大量使用，是目前葉片主流增強材料，與許多樹脂、成型工藝匹配性較佳，目前具有單軸向、雙軸向、三軸向、四軸向甚至三維立體結構等許多編織形式，以滿足不同的需要，使靈活的結構設計得到更好的體現。
　　但是，E- 玻璃纖維的密度較大，大型葉片的開發對葉片的重量和強度提出新的要求，完全依靠傳統的E- 玻璃纖維已不能滿足葉片發展的需求，新型的玻璃纖維和碳纖維開始應用到葉片中。高模量玻璃纖維具有良好的強度和抗疲勞性能，提高葉片的抗風能力，增加葉片壽命，減輕葉片重量。碳纖維復合材料葉片是葉片發展的新趨勢，現已有葉片制造商利用碳纖維制造葉片，多以玻/ 碳混雜為主，但其價格過于昂貴，目前尚未得到廣泛應用。