國(guó)內(nèi)外風(fēng)電葉片用創(chuàng)新材料縱覽
近年來(lái)，復(fù)合材料制造商傾力研發(fā)更好的材料來(lái)滿(mǎn)足風(fēng)電市場(chǎng)的需求，關(guān)于風(fēng)電材料的報(bào)道層出不窮，在風(fēng)輪機(jī)尺寸日益增大的形勢(shì)下，材料供應(yīng)商們面臨著明顯的挑戰(zhàn)，特別在轉(zhuǎn)子葉片制造方面。文章將把近兩年國(guó)內(nèi)外企業(yè)推出的風(fēng)電葉片用創(chuàng)新材料做簡(jiǎn)單的介紹。
一、國(guó)外企業(yè)
(1) 歐文斯科寧的WindStrand 玻璃纖維
美國(guó)歐文斯科寧公司的WindStrand增強(qiáng)材料是能使風(fēng)輪機(jī)制造商優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低發(fā)電成本的突破性高性能纖維增強(qiáng)材料。與E玻璃纖維相比，它能使同樣設(shè)計(jì)的葉片減輕重量17%，或使同樣重量的葉片長(zhǎng)度增加6%，從而提高發(fā)電量12%。而與碳/玻混雜葉片相比，它能節(jié)省制造成本20%。
20年來(lái)，歐文斯科寧的玻璃纖維無(wú)捻粗紗和織物受到各大風(fēng)輪葉片制造商的歡迎。
(2) AGY的S-1 GlassTM無(wú)捻粗紗
美國(guó)AGY公司于2009年9月宣布它所研發(fā)的S-1 GlassTM新型高性能玻璃纖維無(wú)捻粗紗獲得國(guó)際資深認(rèn)證機(jī)構(gòu)德國(guó)勞埃德（GL）為其用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的認(rèn)證。此S-1玻璃纖維填補(bǔ)了E玻璃與S-2高強(qiáng)度玻璃之間的成本和性能空白，因此是制造風(fēng)輪葉片主梁的理想材料。據(jù)稱(chēng)在同樣樹(shù)脂體系中，S-1玻璃纖維比E玻璃纖維拉伸強(qiáng)度高45%，拉伸模量高25%以上，藉此它可增加葉片長(zhǎng)度或減輕葉片重量從而降低風(fēng)輪機(jī)成本和發(fā)電成本。
(3) PPG的HYBON玻璃纖維無(wú)捻粗紗
美國(guó)PPG工業(yè)公司于2010年1月11日宣布其用于風(fēng)輪機(jī)葉片制造的HYBON玻璃纖維無(wú)捻粗紗產(chǎn)品獲得GL認(rèn)證。經(jīng)認(rèn)證的產(chǎn)品包括HYBON,2001、2002、2006和高性能2026無(wú)捻粗紗。據(jù)介紹，這些無(wú)捻粗紗可讓風(fēng)輪葉片制造商使用多種樹(shù)脂（包括乙烯基酯樹(shù)脂）制造高性能產(chǎn)品，特別是HYBON,2026無(wú)捻粗紗是專(zhuān)為大型葉片和海上風(fēng)輪機(jī)而設(shè)計(jì)。認(rèn)證結(jié)果表明，HYBON玻璃纖維產(chǎn)品超過(guò)了GL的標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)了目前風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)要求。PPG將繼續(xù)致力滿(mǎn)足和超過(guò)風(fēng)能這一新興行業(yè)的高要求。
(4) 佳斯邁威的086型玻璃纖維無(wú)捻粗紗
2010年4月，美國(guó)佳斯邁威公司的086型無(wú)捻粗紗獲得GL的風(fēng)電應(yīng)用認(rèn)證（并適用于艦艇和工業(yè)用途）。因其良好的浸濕特性和在環(huán)氧樹(shù)脂中優(yōu)異的耐疲勞性能，此品牌無(wú)捻粗紗特別適用于樹(shù)脂灌注工藝。
該公司為此品牌及076型無(wú)捻粗紗提出了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)，即提高了線(xiàn)密度（Tex）的穩(wěn)定性，使織造商和風(fēng)輪葉片制造商能夠進(jìn)一步優(yōu)化工藝過(guò)程控制，織造商得以織造重量一致的織物，葉片制造商能夠減少玻璃纖維和樹(shù)脂的用量，以更低的系統(tǒng)總成本制造更輕的葉片。
(5) 巴斯夫新近研發(fā)了制造大葉片的環(huán)氧樹(shù)脂體系
在風(fēng)輪機(jī)尺寸日益增大的形勢(shì)下，材料供應(yīng)商們面臨著明顯的挑戰(zhàn)，特別在轉(zhuǎn)子葉片制造方面。目前，彈性更好的玻纖增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料正在取代傳統(tǒng)的聚酯基復(fù)合材料，以獲得轉(zhuǎn)子跨度超過(guò)100m時(shí)所需的材料性能。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，德國(guó)巴斯夫公司新近研發(fā)了制造大葉片的環(huán)氧樹(shù)脂體系，并獲得了GL認(rèn)證。這些環(huán)氧體系能夠減少固化時(shí)間從而大大縮短成型周期（約30%）。
(6) 拜耳風(fēng)電葉片用聚氨酯復(fù)合材料
拜耳集團(tuán)旗下的美國(guó)拜耳材料科技公司獲得美國(guó)能源部75萬(wàn)美元的撥款，正在探討用碳納米管增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料來(lái)制造1.5MW以上的更大、更強(qiáng)、更輕的風(fēng)輪葉片。
拜耳稱(chēng)這種用碳納米管增強(qiáng)的聚氨酯體系可提高材料的比強(qiáng)度50%之多。該項(xiàng)目還將探索把低VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）聚氨酯基材料作為低排放技術(shù)來(lái)減少碳足跡。
除了提供強(qiáng)度更高的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外，聚氨酯基體系還使用生物基組分，并可省去后固化工序以降低能耗。
二、國(guó)內(nèi)企業(yè)
(1) 巨石集團(tuán)的E6高性能玻璃纖維
為了滿(mǎn)足風(fēng)電市場(chǎng)對(duì)風(fēng)輪葉片增強(qiáng)材料的技術(shù)要求，中國(guó)巨石集團(tuán)于2008年研制出具有獨(dú)特成分的E6高性能玻璃纖維，于2009年正式推出。據(jù)稱(chēng)E6玻璃纖維與傳統(tǒng)的E玻璃纖維相比，拉伸強(qiáng)度可提高15%，模量可提高10%。
398和386T兩種直接無(wú)捻粗紗分別為環(huán)氧樹(shù)脂和聚酯樹(shù)脂而研制，它們均使用專(zhuān)門(mén)的硅烷基浸潤(rùn)劑，用來(lái)織造單向、雙軸向或多軸向織物，具有優(yōu)良的織造性能，可織成清潔和平整的織物，用于預(yù)浸料或樹(shù)脂灌注成型。
(2) 重慶國(guó)際的ECT、TM高性能玻璃纖維
為應(yīng)對(duì)風(fēng)電市場(chǎng)對(duì)玻璃纖維更高拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和耐疲勞性能的要求，中國(guó)重慶國(guó)際復(fù)合材料公司緊隨國(guó)際步伐，開(kāi)發(fā)了ECT系列玻璃纖維，又為應(yīng)對(duì)更長(zhǎng)葉片市場(chǎng)的需求，開(kāi)發(fā)了TM系列玻璃纖維。據(jù)稱(chēng)此兩種玻璃纖維全面進(jìn)入我國(guó)兆瓦級(jí)風(fēng)輪葉片市場(chǎng)，每月用于葉片市場(chǎng)的出貨量達(dá)4,000,t，其中多軸向織物8,00,t，高性能葉片用紗3,000,t。
(3) 泰山玻纖的GMG玻璃纖維
中國(guó)泰山玻璃纖維公司于2009年正式推出GMG玻璃纖維，擬全面進(jìn)入風(fēng)電和高性能玻璃鋼市場(chǎng)。
新的玻璃配方、表面處理技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝不僅優(yōu)化了GMG纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且顯著提高其表面性能。據(jù)報(bào)它與普通玻璃纖維相比，同條件下其拉伸強(qiáng)度提高22%，模量提高15%，耐酸性能提高50%，并具有很好的抗疲勞性能。
