風(fēng)力發(fā)電是綠色能源的一種， 進(jìn)入21 世紀(jì)， 在全球的發(fā)展可以說是風(fēng)起云涌。復(fù)合材料在新能源發(fā)展領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是用來制造風(fēng)電機(jī)組的葉片。

      隨著風(fēng)力發(fā)電功率的不斷提高，捕捉風(fēng)能的葉片也越做越大，對葉片的要求也越來越高，葉片的材料越輕，強(qiáng)度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強(qiáng)，葉片就可以做得越大，它的捕風(fēng)能力也就越強(qiáng)，葉片長度也由原來的30——40 m 增加至60 m 以上。在葉片長度增加的同時，如何減輕風(fēng)力機(jī)葉片的重量成為了風(fēng)電設(shè)備行業(yè)需要共同面對的問題。因此，輕質(zhì)高強(qiáng)、耐蝕性好，具有可設(shè)計性的復(fù)合材料是目前大型風(fēng)力機(jī)葉片的首選材料。圖1 為大型風(fēng)力機(jī)葉片的形狀。

      長纖維復(fù)合材料在風(fēng)力機(jī)葉片的應(yīng)用現(xiàn)狀

      隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長纖維增強(qiáng)熱塑性材料也隨之飛快發(fā)展，已成為增強(qiáng)塑料行業(yè)中增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料在歐美發(fā)達(dá)國家已得到大力發(fā)展。

      玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片

      (1)玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂的風(fēng)力機(jī)葉片當(dāng)葉片長度為19 m 時，其質(zhì)量為1.8 t，長度增加到34 m 時，葉片質(zhì)量為5.8 t ;葉片長度達(dá)到52 m 時，則其質(zhì)量高達(dá)21 t ，因此需要尋找更好的材料以適應(yīng)大型葉片發(fā)展的要求。

      又如上海市崇明縣(一個大島)，在近幾年內(nèi)按能源規(guī)劃將已建成風(fēng)力機(jī)發(fā)電2.7 萬臺，其數(shù)量十分驚人。我國沿海城市很多，如北方有大連、旅順、青島、煙臺、威海等;南方有海南島、珠海、汕頭、溫州、舟山島等，將有很大的發(fā)展應(yīng)用前途。

      (2) 玻璃纖維材料，應(yīng)用性能及優(yōu)點用廢舊玻璃為原料， 經(jīng)高溫熔劑、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制得纖維布或織物。單絲直徑 1—— 20 μm，相當(dāng)于 1/5 ——1/2 頭發(fā)絲。

      玻璃纖維束由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維的應(yīng)用性能可用于電絕緣、防腐、防潮、隔熱、隔聲、減震等。如風(fēng)力機(jī)葉片，雷達(dá)罩等。

     材料組成由熱塑性樹脂或熱固性樹脂(黏結(jié)劑)+ 玻璃纖維(增強(qiáng)填料)組成，又稱玻璃鋼。

      牌號主要有：

      玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺( 尼龍)，F(xiàn)RPA(Fiberreinforcement polyae); 玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酯，F(xiàn)RPC(Fiber reinforcement polycarbonate); 長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，LFT; 玻璃氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，GMT 等。

      玻璃纖維增強(qiáng)材料的優(yōu)點：

      ⊙抗拉強(qiáng)度高，δ < 3% ;

      ⊙彈性模量高，剛性好，復(fù)合制件尺寸穩(wěn)定性好;

      ⊙不燃性，耐化學(xué)腐蝕;

     ⊙ 吸水性小;

     ⊙耐熱性好，不易燃燒;

     ⊙加工性好，可制成股、束、氈、織布;

      ⊙透明性好，可透過光線;

      ⊙價格便宜，可回收再利用。

      碳纖維復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片

      為了提高風(fēng)能利用率，風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量不斷擴(kuò)大，兆瓦級風(fēng)力機(jī)已經(jīng)成為風(fēng)電市場的主要產(chǎn)品，并對葉片提出了更高的要求。由于碳纖維比玻璃纖維具有更高的比強(qiáng)度和比剛度(碳纖維復(fù)合材料的密度比玻璃纖維的密度小)，因此大量地采用了碳纖維復(fù)合材料。目前，歐洲風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量3.6 MW 機(jī)組已批量安裝，還有4.2 MW、4.5 MW 和5 MW 機(jī)組也已不斷逐步安裝運行;美國經(jīng)成功研制出容量 7 MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī);英國正在研制容量10 MW 的巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī);德國容量5 MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其葉片長度為56 m;丹麥V-90型風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量為3.0 MW，葉片長度為44 m ;西班牙Gamesa 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片長度已達(dá) 90 m，由此可見，用碳纖維復(fù)合材料制造大型葉片勢在必行。

      牌號主要有：

      日本東麗公司：T300、T400、T700、T800,T1000 等;美國赫克利(Hexcel)： ① AS 系列：AS4，AS4C，AS4D， AS7 等; ② IM 系列：IM2A,IM2C、IM6、IM7、IM8、IM9、IM10 等。