甘尚坤

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

關鍵詞：風電葉片;復合材料;實際應用

目前我國經(jīng)常會有能源短缺情況出現(xiàn)，而且國家倡導保護生態(tài)環(huán)境，據(jù)實際情況來看，火力發(fā)電的占比依然比較大，亟需調整能源結構。風力發(fā)電是當前應用范圍比較大的一種新能源，而且能夠有效保護生態(tài)環(huán)境。風力發(fā)電機組運行過程中，需要通過風力催動風電葉片旋轉，進而來帶動發(fā)電機組運行，因此在這其中風電葉片起到了至關重要的作用。隨著當前時代的發(fā)展，該領域對風電葉片材料的研究也取得了新進展，如可以使用熱固性復合材料、熱塑性復合材料、生物質復合材料等，如此一來能夠給風力發(fā)電的發(fā)展提供有效幫助。

一、熱固性風電葉片復合材料

風電葉片是風力發(fā)電機組的重要組成部分，在風力發(fā)電初期，用于制造風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、拉伸強度等均不佳，隨著當前材料科學的發(fā)展以及我國風力發(fā)電領域的進步，風電葉片的材料也隨之從單一材料向復合材料的方向前進，而且與傳統(tǒng)單一材料相比，復合材料更具有良好的氣動效率、強度、剛度、耐腐蝕性、耐疲勞性等多種優(yōu)點，更重要的是隨著相關領域技術的發(fā)展，其制造難度、成本均不高[1]。

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

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

二、綠色環(huán)保風電葉片復合材料

（一）熱塑性復合材料

現(xiàn)如今復合材料在風電葉片中的應用十分廣泛，傳統(tǒng)熱固性復合材料已經(jīng)逐步被時代所拋棄，轉而需要使用更有優(yōu)勢的熱塑性復合材料，其不僅有更高的耐沖擊性能、強度和剛度，更有良好的環(huán)保性，與同等尺寸的熱固性復合材料相比，有更輕的重量，因此熱塑性復合材料的整體成本比較低。其次，雖然當前對熱塑性復合材料的應用比較多，但在一些方面確實不如熱固性復合材料，如為保障熱塑性材料的性能，應當在加工時應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，其粘接方式為機械性粘接，因此疲勞性能不佳。

（二）生物質復合材料

除熱塑性復合材料外，生物質復合材料的應用范圍也比較廣泛，據(jù)調查，生物質復合材料已經(jīng)被廣泛應用到了航空、建筑、汽車等多個領域，風電領域中也有涉及。據(jù)有關專家對生物質復合材料用于風電葉片的研究來看，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)生物質復合材料所需要的各種纖維也可以通過廢棄物回收獲取，因此當前生物質復合材料在大型風電葉片的制造中被應用的較多。在我國，用于生物質復合材料生產(chǎn)的纖維多為木質纖維，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、拉伸強度、剪切強度得到明顯提升，并且明顯優(yōu)于多種生物質復合材料。

三、新型風電葉片復合材料

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

因CNTs具有較強的剛度、強度，而且也能夠兼顧拉伸強度，因此將其作為風力葉片的材料，可以使其具備較強的斷裂韌性、疲勞性能和拉伸性能。經(jīng)過相關專家的研究分析來看，CNTs的應用也使得其力學性能更優(yōu)，而且在應用到復合材料中后，其彎曲彈性模量最大能夠達到69.8MPa?，F(xiàn)如今，部分專家也在繼續(xù)加強對CNTs在風電葉片復合材料的研究，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度、彈性模量均能夠得到提升。目前材料領域對石墨烯的研究依然在繼續(xù)，并且多個領域對石墨烯的應用投去了關注，風電葉片的研究中也是如此，而且有關于石墨烯在風電葉片復合材料應用中的研究表明，可以大幅度提高葉片的整體性能。

四、結束語

風力發(fā)電將是我國未來能源結構的重要組成部分，風電葉片作為風力發(fā)電機組的重要組成部分，其葉片的材料性能必須要能夠達到一個極高的標準。在風力發(fā)電和材料力學領域的發(fā)展中，許多的專家探究了多種可用于風電葉片的復合材料，通過本文實際分析來看，未來的大型風電葉片中會加強對CF的應用，同時，生物質復合材料、熱塑性復合材料在未來必然會“擔當大任”，此外，相信CNTs的有關研究和應用也能夠更進一步，并繼續(xù)被深入應用到風電葉片的生產(chǎn)制造中去。

參考文獻：

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

[2]鄒宜金，連應華，黃新宇，劉培，王穎蕊.基于聲紋的高泛化性風機葉片異常檢測方法研究[J].電子科技大學學報，2021，50（05）：795-800.