風(fēng)力機葉片材料的選擇與評價(圖表)

　　摘　要：本文主要介紹風(fēng)力機復(fù)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(xiàn)有材料的替代和新型材料的選擇，尋求綜合性能優(yōu)異的材料提供參考，以滿足葉片低成本、輕量化、質(zhì)量穩(wěn)定性的需求。
　　1. 引言
　　葉片是風(fēng)力發(fā)電機中最基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件，對風(fēng)力機組的發(fā)電效率、運行安全起著至關(guān)重要的作用，其良好的設(shè)計、穩(wěn)定的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證風(fēng)電機組正常運行的重要因素[1]。葉片在工作中要承受風(fēng)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(jīng)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(wěn)定性。
　　葉片材料的選擇是葉片設(shè)計的關(guān)鍵，優(yōu)良的材料是風(fēng)力機葉片具有優(yōu)良特性的重要保證。現(xiàn)今國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)形勢嚴峻，市場競爭激烈，同時葉片向大型化方向發(fā)展，使得替代材料的選擇和先進材料的開發(fā)顯得尤為重要。國內(nèi)目前尚未有特定的標準和評定方法，結(jié)合國內(nèi)外葉片材料的要求及實際生產(chǎn)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(guān)要求和方法。
　　2. 葉片材料體系
　　復(fù)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)等許多編織形式，以滿足不同的需要，使靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到更好的體現(xiàn)。
　　但是，E- 玻璃纖維的密度較大，大型葉片的開發(fā)對葉片的重量和強度提出新的要求，完全依靠傳統(tǒng)的E- 玻璃纖維已不能滿足葉片發(fā)展的需求，新型的玻璃纖維和碳纖維開始應(yīng)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(fēng)能力，增加葉片壽命，減輕葉片重量。碳纖維復(fù)合材料葉片是葉片發(fā)展的新趨勢，現(xiàn)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(yīng)用。