2.1 葉片材料的選擇
風機葉片與復合材料制造風機葉片的材料曾用過木材和金屬,但近年來已基本上采用各種復合材料。故風機葉片已成為目前復合材料極重要的應用領域之一。葉片主要用材體系包括各種增強材料,基體材料,夾層泡沫,膠粘劑以及各種輔助材料等。
2.1.1 增強材料
增強材料大量使用E玻纖,固其成本低和適用性強。當要求葉片更高的強度和剛度時,將會使用到高強玻纖,如S2玻纖,雖然價格較高,但適當使用會有好處。某些新興纖維也可用作候選對象,如超高相對分子質量聚乙烯纖維,連續玄武巖纖維等。連續玄武巖纖維是一種新型無機纖維,由玄武巖石在高溫熔融狀態下拉絲而成,其力學性能與S玻纖相當,但有更好的耐酸堿和耐高溫性能。當葉片更長時其強度,剛度要求更高,自身質量也會更大,此時則要求采用碳纖維。
2.1.2基體材料
基體材料目前則大量使用不飽和聚酯樹脂(UPR),其綜合性能優良,價格又低,國產產品已可滿足要求。其次還有乙烯基酯樹脂(VER),環氧樹脂(PER)等。以環氧樹脂為基體的復合材料力學性能更好,特別是當使用碳纖維時,樹脂都以環氧為主。上述均為熱固性樹脂,現在也有用熱塑樹脂的,如GatTce公司,研發所謂的"綠色葉片"雖然目前成本較高,但有一系列優點,特別是可回收解決環保問題。
2.1.3 加芯材料和膠粘劑
葉片以及機艙罩等結構都用夾層結構形式,此時會大量用到閉孔泡沫材料,目前國內大多用瑞典DIAB公司的泡沫,致使其供不應求,據知DIAB正在美國建廠擴產以進一步滿足需求。關于膠粘劑,輔助材料等問題不大,但多用進口材料。
葉片材料經歷了木質葉片、合金鋼葉片、鋁合金葉片等階段。目前,隨著風機葉片的大型化,具有體重輕,比強度高等優點的復合材料,是風機葉片材料的首選,其中玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環氧樹脂和炭纖維增強環氧樹脂是普遍使用的材料,碳纖維增強環氧樹脂性能較好,但是考慮到乙烯基樹脂可降低葉片成本、工藝性好的特點,隨著對乙烯基樹脂在葉片上應用研究的深入,在不久的將來乙烯基樹枝將逐步取代環氧樹脂,成為風機葉片材料的首選。但是隨著人們對環境要求的嚴格,以及對更多性能好、無污染的葉片新材料的探索及研究,大規模使用這些詞那材料是指日可待的。