熱塑性材料在風(fēng)機葉片上使用的可行性

      風(fēng)力機葉片的制造已建立于熱固性復(fù)合材料技術(shù)的基礎(chǔ)上。但熱塑性復(fù)合材料能賦予可回收性和其他優(yōu)點。當增強熱塑性塑料用于生產(chǎn)風(fēng)輪葉片時，與熱固性塑料相比，它可提供重大的優(yōu)勢。首先，熱塑性塑料在加熱時有可塑性，并且保持塑性，而不像熱固性塑料*堅硬。因此，在使用壽命的后期，熱塑性葉片能通過加熱成型一些東西，進行回收再利用。假定葉片制造現(xiàn)在每年要使用幾十萬噸復(fù)合材料，這就將形成一個越來越重要的市場效益。
  1.優(yōu)勢與劣勢

    優(yōu)勢一：可回收再利用

    在使用壽命的后期，熱塑性葉片能通過加熱成型一些東西，進行回收再利用。

    優(yōu)勢二：固化周期短

    熱塑性塑料還能解決固化周期的障礙，這種障礙現(xiàn)在減慢了熱固性葉片的生產(chǎn)速度。成型的葉片可以在加熱下脫模，進一步加速生產(chǎn)過程。部件可以通過加熱局部界面和焊接來共固化或連接。小部件能采用粒料注射成型。

    優(yōu)勢三：強度、剛度更高

    增強熱塑性塑料在相同重量下可以比熱固性塑料強度更高，這樣就能形成更輕的結(jié)構(gòu)。對這些塑料進行葉片設(shè)計優(yōu)化可以形成不同構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。例如，通過設(shè)計一個葉片，使它更像一個飛機機翼，用肋板和梁來加強，設(shè)計人員就能省掉許多目前用于葉片中的結(jié)構(gòu)芯材。泡沫和其他芯材吸收樹脂，增加重量和成本，而且必須加工成形。

    在使用中，其抗雨、雪等的侵蝕要優(yōu)于熱固性塑料，并且通常具有更高的損傷容限，裂縫生長較慢。由于更具延長性，因此熱塑性塑料抗沖擊強度更佳，往往損傷顯示為可見凹痕，而不像熱固性復(fù)合材料，是藏于層板中，表面看不出缺陷。

    劣勢一：抗疲勞性能差

    增強熱塑性塑料的疲勞性能相當差，這是因為纖維和塑料基體之間較弱的連接。兩者間的連接是機械性的，是纖維四周的基體樹脂在固化過程中的收縮形成的，而不是化學(xué)連接。普通的偶聯(lián)劑用來提高玻纖、碳纖和熱固性樹脂的粘接，但對熱塑性樹脂不大起作用。

    劣勢二：熱/濕性能一般比熱固性樹脂差

    熱/濕性能一般比熱固性樹脂差，這是由于熱的濕氣會膨脹基體，松動機械連接，使基體分子鏈沿纖維滑動。此外，大多數(shù)熱塑性樹脂加工困難，在熔融狀態(tài)其較高的粘性意味著需要較高的加工溫度和固化壓力，才能確保樹脂能*地滲透入長纖維連續(xù)纖維。由于需要金屬模具，且能耗較高，因此成本上升。

    2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    國外：EireComposites的綠色葉片（GreenBlade）項目

    在愛爾蘭，Galway國立大學(xué)的復(fù)合材料研究單位、Limerick大學(xué)的研究小組和商業(yè)公司EireComposites已進一步研究了這項技術(shù)。兩所大學(xué)廣泛研究了APLC-12復(fù)合材料，而EireComposites公司積極開發(fā)液體成型技術(shù)，用于生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料風(fēng)力機葉片和機艙罩。在綠色葉片（GreenBlade）項目中，EireComposites正牽頭進行一項合作（通過其子公司EireCompositeTeo），該合作包括三菱重工、Ahlstrom玻纖公司和Cyclics公司，共同開發(fā)制造一片12.6米長的葉片樣品，并進行測試。這項工作將自然而然導(dǎo)致未來對全尺寸熱塑性復(fù)合材料葉片的開發(fā)和認證。

    國外：丹麥LM公司新葉片技術(shù)開發(fā)項目BladeKing

    在幾大葉片制造商中，密切關(guān)注該項工作的有丹麥LM公司，它是世界上zui大的風(fēng)力機葉片制造商。該公司在正常情況下幾乎不能使葉片生產(chǎn)足夠快來滿足要求，因此它想把目前的生產(chǎn)周期縮短一半，并作為其葉片技術(shù)開發(fā)項目BladeKing的一部分。該公司已被熱塑性塑料能降低生產(chǎn)周期所吸引，它可以作為一個可能的關(guān)鍵，到2015年把新品種塑料推到市場。為了生產(chǎn)超大型葉片用于未來海上風(fēng)力機，高水平的自動化也是所需要的。這是BladeKing項目關(guān)注的另一焦點：使用自動化纖維鋪層或帶鋪層，加快纖維在模具中的鋪層速度。RisoDTU和Aalborg大學(xué)與LM公司一起進行BladeKing項目研究工作，丹麥國家*技術(shù)基金提供部分贊助。

    國內(nèi)：中科恒源與RTP公司合作研發(fā)長纖維增強熱塑性葉片

    湖南中科恒源風(fēng)電產(chǎn)業(yè)科技有限公司設(shè)計和制造了適用于未由電網(wǎng)供電地區(qū)的小型風(fēng)力渦輪機。該公司使用美國RTP公司的長玻璃纖維增強熱塑性塑料來注射成型風(fēng)輪葉片。據(jù)介紹，該公司與RTP公司合作研發(fā)使用很長纖維增強的產(chǎn)品，因為它們在注塑材料中具有zui高的強度/重量比。長玻璃纖維增強材料提供高模量和抗沖擊性，不管環(huán)境條件如何，都能保持葉片形狀不變。的尺寸穩(wěn)定性可有效防止葉片改變迎風(fēng)角度，從而大大提高渦輪機的效率，尤其是在非常潮濕和非常干燥的條件下。

    3.總結(jié)

    風(fēng)電市場的加速發(fā)展，使葉片供應(yīng)商不僅要擴能，而且要尋找加快生產(chǎn)過程的技術(shù)，以滿足未來的需求。熱塑性樹脂有潛在的優(yōu)勢可以幫助他們做到這點，同時還加強了超大型葉片的結(jié)構(gòu)可行性，并解決葉片退役后的可再生問題。對于風(fēng)能領(lǐng)域，由于其需求逐漸加劇，因此這些真正的塑料可以證明是一種變革的技術(shù)。