甘尚坤

摘要：隨著時代的發(fā)展，世界上對新能源的應(yīng)用在逐步加深，風(fēng)力發(fā)電便是當(dāng)下應(yīng)用范圍非常廣泛的一種清潔能源。風(fēng)力發(fā)電過程中，主要通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來完成，在這其中有眾多的組成部分，風(fēng)電葉片是其中的重要組成部分，我國當(dāng)前對風(fēng)力發(fā)電的推廣在持續(xù)實(shí)施，而且也在繼續(xù)加強(qiáng)對風(fēng)電葉片材料的研究，據(jù)悉現(xiàn)如今風(fēng)電葉片的制造中正在加強(qiáng)對復(fù)合材料的應(yīng)用，不僅有利于減輕重量，使其可以在大風(fēng)力條件下保持穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，更能夠在葉片有比較簡單的退役后處理措施，進(jìn)而有利于環(huán)境保護(hù)?；诖吮疚闹袑︼L(fēng)電復(fù)合材料葉片的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片;復(fù)合材料;實(shí)際應(yīng)用

目前我國經(jīng)常會有能源短缺情況出現(xiàn)，而且國家倡導(dǎo)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，據(jù)實(shí)際情況來看，火力發(fā)電的占比依然比較大，亟需調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前應(yīng)用范圍比較大的一種新能源，而且能夠有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，需要通過風(fēng)力催動風(fēng)電葉片旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而來帶動發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，因此在這其中風(fēng)電葉片起到了至關(guān)重要的作用。隨著當(dāng)前時代的發(fā)展，該領(lǐng)域?qū)︼L(fēng)電葉片材料的研究也取得了新進(jìn)展，如可以使用熱固性復(fù)合材料、熱塑性復(fù)合材料、生物質(zhì)復(fù)合材料等，如此一來能夠給風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展提供有效幫助。

一、熱固性風(fēng)電葉片復(fù)合材料

風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，在風(fēng)力發(fā)電初期，用于制造風(fēng)電葉片的材料主要以木材、鋁合金、布蒙皮等為主，材料的韌性、拉伸強(qiáng)度等均不佳，隨著當(dāng)前材料科學(xué)的發(fā)展以及我國風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的進(jìn)步，風(fēng)電葉片的材料也隨之從單一材料向復(fù)合材料的方向前進(jìn)，而且與傳統(tǒng)單一材料相比，復(fù)合材料更具有良好的氣動效率、強(qiáng)度、剛度、耐腐蝕性、耐疲勞性等多種優(yōu)點(diǎn)，更重要的是隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，其制造難度、成本均不高[1]。

其實(shí)，復(fù)合材料之所以能夠被應(yīng)用于風(fēng)電葉片中，與其較強(qiáng)的強(qiáng)度有關(guān)，而復(fù)合材料之所以有較高的強(qiáng)度，與其中的增強(qiáng)纖維強(qiáng)度高密切相關(guān)。當(dāng)前，風(fēng)電葉片復(fù)合材料中的增強(qiáng)纖維類型比較多，如常見GF（E-玻璃纖維）、CF（碳纖維）等，雖然過去對GF比較依賴，而隨著當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片不斷增大的原因，原有GF已經(jīng)不能夠繼續(xù)適應(yīng)應(yīng)用需求，因此轉(zhuǎn)而需要使用CF，但是CF雖然有良好材料性能，但應(yīng)用成本相對更高于GF。

GF、CF的生產(chǎn)制造中，需要樹脂基體發(fā)揮作用，目前世界范圍內(nèi)熱固性樹脂基體的應(yīng)用非常廣泛，而且其有著黏度低、固化溫度低的優(yōu)勢，因此在風(fēng)電葉片復(fù)合材料的制造中起到了重要推動作用。

二、綠色環(huán)保風(fēng)電葉片復(fù)合材料

（一）熱塑性復(fù)合材料

現(xiàn)如今復(fù)合材料在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用十分廣泛，傳統(tǒng)熱固性復(fù)合材料已經(jīng)逐步被時代所拋棄，轉(zhuǎn)而需要使用更有優(yōu)勢的熱塑性復(fù)合材料，其不僅有更高的耐沖擊性能、強(qiáng)度和剛度，更有良好的環(huán)保性，與同等尺寸的熱固性復(fù)合材料相比，有更輕的重量，因此熱塑性復(fù)合材料的整體成本比較低。其次，雖然當(dāng)前對熱塑性復(fù)合材料的應(yīng)用比較多，但在一些方面確實(shí)不如熱固性復(fù)合材料，如為保障熱塑性材料的性能，應(yīng)當(dāng)在加工時應(yīng)用更高的固化壓力和加工溫度，以此來幫助樹脂滲透到長纖維中;同時，其粘接方式為機(jī)械性粘接，因此疲勞性能不佳。

（二）生物質(zhì)復(fù)合材料

除熱塑性復(fù)合材料外，生物質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用范圍也比較廣泛，據(jù)調(diào)查，生物質(zhì)復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了航空、建筑、汽車等多個領(lǐng)域，風(fēng)電領(lǐng)域中也有涉及。據(jù)有關(guān)專家對生物質(zhì)復(fù)合材料用于風(fēng)電葉片的研究來看，具有較低的成本，且材料的剛度、穩(wěn)定性、低溫阻尼性均較高，同時生產(chǎn)生物質(zhì)復(fù)合材料所需要的各種纖維也可以通過廢棄物回收獲取，因此當(dāng)前生物質(zhì)復(fù)合材料在大型風(fēng)電葉片的制造中被應(yīng)用的較多。在我國，用于生物質(zhì)復(fù)合材料生產(chǎn)的纖維多為木質(zhì)纖維，如可以使用杉木，該類型材料有良好的加工性能，而且成本比較低，有研究表明，通過杉木的加入，可以使得EP的彈性模量、拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度得到明顯提升，并且明顯優(yōu)于多種生物質(zhì)復(fù)合材料。

三、新型風(fēng)電葉片復(fù)合材料

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，其風(fēng)電葉片的復(fù)合材料也有明顯變化，除以上幾種比較常見的復(fù)合材料外，當(dāng)下也在進(jìn)行新型復(fù)合材料的有關(guān)研究，而且在這其中，CNTs比較有代表性，即碳納米管。據(jù)有關(guān)CNTs的研究表明，其有著更高于常規(guī)復(fù)合材料的剛度和輕度，而且根據(jù)相關(guān)測試CNTs的拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到200GPa，各方面的材料性能均能夠滿足風(fēng)電機(jī)組的應(yīng)用，同時其材料性能更強(qiáng)于常規(guī)復(fù)合材料[2]。

因CNTs具有較強(qiáng)的剛度、強(qiáng)度，而且也能夠兼顧拉伸強(qiáng)度，因此將其作為風(fēng)力葉片的材料，可以使其具備較強(qiáng)的斷裂韌性、疲勞性能和拉伸性能。經(jīng)過相關(guān)專家的研究分析來看，CNTs的應(yīng)用也使得其力學(xué)性能更優(yōu)，而且在應(yīng)用到復(fù)合材料中后，其彎曲彈性模量最大能夠達(dá)到69.8MPa?，F(xiàn)如今，部分專家也在繼續(xù)加強(qiáng)對CNTs在風(fēng)電葉片復(fù)合材料的研究，如在CNTs中繼續(xù)加入亞乙二氧基-二乙胺改性劑，可以使得材料的氨基功能得到優(yōu)化，并使得材料的整體拉伸強(qiáng)度、彈性模量均能夠得到提升。目前材料領(lǐng)域?qū)κ┑难芯恳廊辉诶^續(xù)，并且多個領(lǐng)域?qū)κ┑膽?yīng)用投去了關(guān)注，風(fēng)電葉片的研究中也是如此，而且有關(guān)于石墨烯在風(fēng)電葉片復(fù)合材料應(yīng)用中的研究表明，可以大幅度提高葉片的整體性能。

四、結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電將是我國未來能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，風(fēng)電葉片作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其葉片的材料性能必須要能夠達(dá)到一個極高的標(biāo)準(zhǔn)。在風(fēng)力發(fā)電和材料力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展中，許多的專家探究了多種可用于風(fēng)電葉片的復(fù)合材料，通過本文實(shí)際分析來看，未來的大型風(fēng)電葉片中會加強(qiáng)對CF的應(yīng)用，同時，生物質(zhì)復(fù)合材料、熱塑性復(fù)合材料在未來必然會“擔(dān)當(dāng)大任”，此外，相信CNTs的有關(guān)研究和應(yīng)用也能夠更進(jìn)一步，并繼續(xù)被深入應(yīng)用到風(fēng)電葉片的生產(chǎn)制造中去。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔亮，薛利利.熱氧老化對三向正交碳/玻璃纖維/雙馬復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J].材料工程，2021，49（10）：144-155.

[2]鄒宜金，連應(yīng)華，黃新宇，劉培，王穎蕊.基于聲紋的高泛化性風(fēng)機(jī)葉片異常檢測方法研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，50（05）：795-800.