風電葉片

　　據(jù)智研咨詢數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前，中國風機葉片市場已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營企業(yè)、研究院所、上市公司等多元化的主體投資形式。外資企業(yè)主要有GE、LM、GAMESA、VESTAS等，國內企業(yè)以時代新材、中材科技、中航惠騰、中復連眾為代表。葉片是風電部件中確定性較高、市場容量較大、盈利模式清晰的行業(yè)。隨著供需緊張形勢的緩解，風電葉片行業(yè)也將隨之發(fā)生從群雄混戰(zhàn)到幾強爭霸的轉變，我國風電葉片產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場行業(yè)性的洗牌整合。隨著風電葉片市場規(guī)模的擴大，成本和售價都將下降，但具備規(guī)模、技術和成本優(yōu)勢的企業(yè)成本下降速度將超過售價降低速度，盈利超過平均水平。未來的行業(yè)競爭格局要求廠商規(guī)模擴大、成本降低、并在技術上保持一定優(yōu)勢。

　　目錄1.材料

　　        材料簡介

　　       不飽和樹脂

　　2.復合材料風電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀

　　 1.引言

　　 2.復合材料風電葉片的材料體系及制造工藝

　　 3.當前復合材料葉片生產(chǎn)應用中存在的問題

　　 4.總結與展望 1材料編輯材料

　　環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結構的高聚物。

　　應用特性：

　　1、 形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。

　　2、 固化方便。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在0～180℃溫度范圍內固化。

　　3、 粘附力強。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內應力小，這也有助于提高粘附強度。

　　4、 收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。

　　5、 力學性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學性能。

　　6、 電性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料。

　　7、 化學穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩(wěn)定性能。

　　8、 尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。

　　9、 耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。

　　類型分類：

　　根據(jù)分子結構，環(huán)氧樹脂大體上可分為五大類：

　　1、 縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂

　　2、 縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂

　　3、 縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂

　　4、 線型脂肪族類環(huán)氧樹脂

　　5、 脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂

　　復合材料工業(yè)上使用量最大的環(huán)氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂，而其中又以二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂（簡稱雙酚A型環(huán)氧樹脂）為主。其次是縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂。

　　1、 縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂 　縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成的。

　　（1）二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂 二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂是由二酚基丙烷與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成。

　　工業(yè)二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂實際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數(shù)的分子是含有兩個環(huán)氧基端的線型結構。少數(shù)分子可能支化，極少數(shù)分子終止的基團是氯醇基團而不是環(huán)氧基。因此環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基含量、氯含量等對樹脂的固化及固化物的性能有很大的影響?！」I(yè)上作為樹脂的控制指標如下：

　　①環(huán)氧值。環(huán)氧值是鑒別環(huán)氧樹脂性質的最主要的指標，工業(yè)環(huán)氧樹脂型號就是按環(huán)氧值不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指每100g樹脂中所含環(huán)氧基的物質的量數(shù)。環(huán)氧值的倒數(shù)乘以100就稱之為環(huán)氧當量。環(huán)氧當量的含義是：含有1mol環(huán)氧基的環(huán)氧樹脂的克數(shù)。

　?、跓o機氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡合作用而影響樹脂的固化，同時也影響固化樹脂的電性能，因此氯含量也環(huán)氧樹脂的一項重要指標。

　　③有機氯含量。樹脂中的有機氯含量標志著分子中未起閉環(huán)反應的那部分氯醇基團的含量，它含量應盡可能地降低，否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。

　　④揮發(fā)分。

　　⑤粘度或軟化點。

　?。?）酚醛多環(huán)氧樹脂 酚醛多環(huán)氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環(huán)氧樹脂，它與二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂相比，在線型分子中含有兩個以上的環(huán)氧基，因此固化后產(chǎn)物的交聯(lián)密度大，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、力學性能、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。它們是由線型酚醛樹脂與環(huán)氧氯丙烷縮聚而成的。

　　（3）其它多羥基酚類縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂 這類樹脂中具有實用性的代表有：間苯二酚型環(huán)氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環(huán)氧樹脂、四酚基乙烷型環(huán)氧樹脂和三羥苯基甲烷型環(huán)氧樹脂，這些多官能縮水甘油醚樹脂固化后具有高的熱變形溫度和剛性，可單獨

　　或者與通用E型樹脂共混，供作高性能復合材料（ACM）、印刷線路板等基體材料。

　?。?）脂族多元醇縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂 脂族多元醇縮水甘油醚分子中含有兩個或兩個以上的環(huán)氧基，這類樹脂絕大多數(shù)粘度很低；大多數(shù)是長鏈線型分子，因此富有柔韌性。

　　2、其它類型環(huán)氧樹脂

　?。?）縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂 縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂和二酚基丙烷環(huán)氧化樹脂比較，它具有粘度低，使用工藝性好；反應活性高；粘合力比通用環(huán)氧樹脂高，固化物理學性能好；電絕緣性好；耐氣候性好，并且具有良好的耐超低溫性，在超低溫條件下，仍具有比其它類型環(huán)氧樹脂高的粘結強度。有較好的表面光澤度，透光性、耐氣候性好。

　?。?）縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂 這類樹脂的優(yōu)點是多官能度、環(huán)氧當量高，交聯(lián)密度大，耐熱性顯著提高。上前國內外已利用縮水甘油胺環(huán)氧樹脂優(yōu)越的粘接性和耐熱性，來制造碳纖維增強的復合材料（CFRP）用于飛機二次結構材料。

　?。?）脂環(huán)族環(huán)氧樹脂 這類環(huán)氧樹脂是由脂環(huán)族烯烴的雙鍵經(jīng)環(huán)氧化而制得的，它們的分子結構和二酚基丙烷型環(huán)氧樹脂及其它環(huán)氧樹脂有很大差異，前者環(huán)氧基都直接連接在脂環(huán)上，而后者的環(huán)氧基都是以環(huán)氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的固化物具有以下特點：①較高的壓縮與拉伸強度；②長期暴置在高溫條件下仍能保持良好的力學性能；③耐電弧性、耐紫外光老化性能及耐氣候性較好。

　?。?）脂肪族環(huán)氧樹脂 這類環(huán)氧樹脂分子結構里不僅無苯核，也無脂環(huán)結構。僅有脂肪鏈，環(huán)氧基與脂肪鏈相連。環(huán)氧化聚丁二烯樹脂固化后的強度、韌性、粘接性、耐正負溫度性能都良好。

　　使用指南：

　　環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂膠粘劑本身無毒，但由于在制備過程中添加了溶劑及其它有毒物，因此不少環(huán)氧樹脂因此“有毒”，近年國內環(huán)氧樹脂業(yè)正通過水性改性、避免添加等途徑，保持環(huán)氧樹脂“無毒”本色。目前絕大多數(shù)環(huán)氧樹脂涂料為溶劑型涂料，含有大量的可揮發(fā)有機化合物(VOC)，有毒、易燃，因而對環(huán)境和人體造成危害。

　　環(huán)氧樹脂一般和添加物同時使用，以獲得應用價值。添加物可按不同用途加以選擇，常用添加物有以下幾類：（1）固化劑；（2）改性劑；（3）填料；（4）稀釋劑；（5）其它。

　　其中固化劑是必不可少的添加物，無論是作粘接劑、涂料、澆注料都需添加固化劑，否則環(huán)氧樹脂不能固化。

　　由于用途性能要求各不相同，對環(huán)氧樹脂及固化劑、改性劑、填料、稀釋劑等添加物也有不同的要求。現(xiàn)將它們的選擇方法簡介于下：

　?。ㄒ唬┉h(huán)氧樹脂的選擇

　　1、 從用途上選擇

　　作粘接劑時最好選用中等環(huán)氧值（0.25-0.45）的樹脂，如6101、634；作澆注料時最好選用高環(huán)氧值（>0.40）的樹脂，如618、6101；作涂料用的一般選用低環(huán)氧值（<0.25）的樹脂，如601、604、607、609等。

　　2、 從機械強度上選擇

　　環(huán)氧值過高的樹脂強度較大，但較脆；環(huán)氧值中等的高低溫度時強度均好；環(huán)氧值低的則高溫時強度差些。因為強度和交聯(lián)度的大小有關，環(huán)氧值高固化后交聯(lián)度也高，環(huán)氧值低固化后交聯(lián)度也低，故引起強度上的差異。

　　3、 從操作要求上選擇

　　不需耐高溫，對強度要求不大，希望環(huán)氧樹脂能快干，不易流失，可選擇環(huán)氧值較低的樹脂；如希望滲透性也，強度較好的，可選用環(huán)氧值較高的樹脂。

　?。ǘ?、固化劑的選擇

　　1、固化劑種類：

　　常用環(huán)氧樹脂固化劑有脂肪胺、脂環(huán)胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、樹脂類、叔胺，另外在光引發(fā)劑的作用下紫外線或光也能使環(huán)氧樹脂固化。常溫或低溫固化一般選用胺類固化劑，加溫固化則常用酸酐、芳香類固化劑。

　　環(huán)氧值是鑒定環(huán)氧樹脂質量的最主要指標，環(huán)氧樹脂的型號劃分就是根據(jù)環(huán)氧值的不同來區(qū)分的。環(huán)氧值是指100克樹脂中所含環(huán)氧基的克當量數(shù)。

　　2、固化劑的用量

　　（1）胺類作交聯(lián)劑時按下式計算：

　　胺類用量=MG/Hn

　　式中：

　　M=胺分子量

　　Hn=含活潑氫數(shù)目

　　G=環(huán)氧值（每100克環(huán)氧樹脂中所含的環(huán)氧當量數(shù)）

　　改變的范圍不多于10-20%，若用過量的胺固化時，會使樹脂變脆。若用量過少則固化不完善。

　?。?）用酸酐類時按下式計算：

　　酸酐用量=MG（0.6~1）/100式中：

　　M=酸酐分子量

　　G=環(huán)氧值（0.6~1）為實驗系數(shù)

　　3、 選擇固化劑的原則：固化劑對環(huán)氧樹脂的性能影響較大，一般按下列幾點選擇。

　?。?）、從性能要求上選擇：有的要求耐高溫，有的要求柔性好，有的要求耐腐蝕性好，則根據(jù)不同要求選用適當?shù)墓袒瘎?/p>

　?。?）、從固化方法上選擇：有的制品不能加熱，則不能選用熱固化的固化劑。

　　（3）、從適用期上選擇：所謂適用期，就是指環(huán)氧樹脂加入固化劑時起至不能使用時止的時間。要適用期長的，一般選用酸酐類或潛伏性固化劑。

　　（4）、從安全上選擇：一般要求毒性小的為好，便于安全生產(chǎn)。

　?。?）、從成本上選擇。

　　（三）、改性劑的選擇

　　改性劑的作用是為了改善環(huán)氧樹脂的鞣性、抗剪、抗彎、抗沖、提高絕緣性能等。常用改性劑有：

　　（1）、聚硫橡膠：可提高沖擊強度和抗剝性能。

　?。?）、聚酰胺樹脂：可改善脆性，提高粘接能力。

　　（3）、聚乙烯醇叔丁醛：提高抗沖擊鞣性。

　?。?）、丁腈橡膠類：提高抗沖擊鞣性。

　　（5）、酚醛樹脂類：可改善耐溫及耐腐蝕性能。

　?。?）、聚酯樹脂：提高抗沖擊鞣性。

　?。?）、尿醛三聚氰胺樹脂：增加抗化學性能和強度。

　?。?）、糠醛樹脂：改進靜彎曲性能，提高耐酸性能。

　?。?）、乙烯樹脂：提高抗剝性和抗沖強度。

　　（10）、異氰酸酯：降低潮氣滲透性和增加抗水性。

　　（11）、硅樹脂：提高耐熱性。

　　聚硫橡膠等的用量可以在50-300%之間，需加固化劑；聚酰胺樹脂、酚醛樹脂用量一般為50-100%，聚酯樹脂用量一般在20-30%，可以不再另外加固化劑，也可以少量加些固化劑促使反應快些。

　　一般說來改性劑用量越多，柔性就愈大，但樹脂制品的熱變形溫度就相應下降。

　　為改善樹脂的柔性，也常用增韌劑如：鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯。

　　（四）、填料的選擇

　　填料的作用是改善制品的一些性能，并改善樹脂固化時的散熱條件，用了填料也可以減少環(huán)氧樹脂的用量，降低成本。因用途不同可選用不同的填料。其大小最好小于100目，用量視用途而定。常用填料簡介如下：

　　填料名稱 作用

　　石棉纖維、玻璃纖維 增加韌性、耐沖擊性

　　石英粉、瓷粉、鐵粉、水泥、金剛砂 提高硬度

　　氧化鋁、瓷粉 增加粘接力，增加機械強度

　　石棉粉、硅膠粉、高溫水泥 提高耐熱性

　　石棉粉、石英粉、石粉 降低收縮率

　　鋁粉、銅粉、鐵粉等金屬粉末 增加導熱、導電率

　　石墨粉、滑石粉、石英粉 提高抗磨性能及潤滑性能

　　金剛砂及其它磨料 提高抗磨性能

　　云母粉、瓷粉、石英粉 增加絕緣性能

　　各種顏料、石墨 具有色彩

　　另外據(jù)資料報導適量（27-35%）P、AS、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb的氧化物添加在樹脂中能在高熱度、壓力下保持粘接性。

　?。ㄎ澹?、稀釋劑的選擇

　　其作用是降低粘度，改善樹脂的滲透性。稀釋劑可分惰性及活性二大類，用量一般不超過30%。常用稀釋劑如下：

　　活性稀釋劑

　　名稱 牌號 用途 備注

　　二縮水甘油醚 600 ~30% 需多加計算量固化劑

　　多縮水甘油醚 630 同上 同上

　　環(huán)氧丙烷丁基醚 660 ~15% 同上

　　環(huán)氧丙烷苯基醚 690 同上 同上

　　二環(huán)氧丙烷乙基醚669 同上 同上

　　三環(huán)氧丙烷丙基醚662 同上 同上

　　惰性稀釋劑

　　名稱 用量 備注

　　二甲苯 ~15% 不需多加固化劑

　　甲苯 同上 同上

　　苯 同上 同上

　　丙酮 同上 同上

　　在加入固化劑之前，必須對所使用的樹脂、固化劑、填料、改性劑、稀釋劑等所有材料加以檢查，應符合以下幾點要求：

　?。?）、不含水份：含水的材料首先要烘干，含少量水的溶劑應盡量少用。

　?。?）、純度：除水份以外的雜質含量最好在1%以下，若雜質在5-25%時雖也可使用權，但須增加配方的百分比。少量使用時用試劑級較好。

　?。?）、了解各材料是否失效。

　　在缺少驗收條件的廠，使用前最好按配方做個小樣試驗。

　　(六）、固化的三個階段

　　1. 液體-操作時間

　　操作時間（也是工作時間或使用期）是固化時間的一部份，混合之后，樹脂/固化劑混合物仍然是液體和可以工作及適合應用。為了保證可靠的粘接，全部施工和定位工作應該在固化操作時間內做好。

　　2.凝膠-進入固化

　　混合物開始進入固化相（也稱作熟化階段），這時它開始凝膠或“突變”。這時的環(huán)氧沒有長時間的工作可能，也將失去粘性。在這個階段不能對其進行任何干擾。它將變成硬橡膠似的軟凝膠物，你用大拇指將能壓得動它。

　　因為這時混合物只是局部固化，新使用的環(huán)氧樹脂仍然能與它化學鏈接，因此該未處理的表面仍然可以進行粘接或反應。無論如何，接近固化的混合物這些能力在減小

　　3. 固體-最終固化

　　環(huán)氧混合物達到固化變成固體階段，這時能砂磨及整型。這時你用大拇指已壓不動它，在這時環(huán)氧樹脂約有90%的最終反應強度，因此可以除去固定夾件，將它放在室溫下維持若干天使它繼續(xù)固化。

　　這時新使用的環(huán)氧樹脂不能與它進行化學鏈接，因此該環(huán)氧表面必須適當?shù)剡M行預處理如打磨，才能得到好的粘接機械強度。

　　不飽和樹脂

　　1．不飽和聚酯樹脂的定義

　　人類最早發(fā)現(xiàn)的樹脂是從樹上分泌物中提煉出來的脂狀物，如松香等，這是“脂”前有“樹”的原因。直到1906年第一次用人工合成了酚醛樹脂，才開辟了人工合成樹脂的新紀元。1942年美國橡膠公司首先投產(chǎn)不飽和聚酯樹脂，后來把未經(jīng)加工的任何高聚物都稱作樹脂。但是早就與“樹”無關了。

　　樹脂又分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。對于加熱熔化冷卻變固，而且可以反復進行的可熔的樹脂叫做熱塑性樹脂，如聚氯乙烯樹脂（PVC）、聚乙烯樹脂（PE）等；對于加熱固化以后不再可逆，成為既不溶解，又不熔化的固體，叫做熱固性樹脂，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等。

　　“聚酯”是相對于“酚醛”“環(huán)氧”等樹脂而區(qū)分的含有酯鍵的一類高分子化合物。這種高分子化合物是由二元酸和二元醇經(jīng)縮聚反應而生成的，而這種高分子化合物中含有不飽和雙鍵時，就稱為不飽和聚酯，這種不飽和聚酯溶解于有聚合能力的單體中（一般為苯乙烯）

　　而成為一種粘稠液體時，稱為不飽和聚酯樹脂（英文名Unsaturated Polyester Resin 簡稱UPR）。

　　因此，不飽和聚酯樹脂可以定義為由飽和的或不飽和的二元酸與飽和的或不飽和的二元醇縮聚而成的線型高分子化合物溶解于單體（通常用苯乙烯）中而成的粘稠的液體。

　　2．不飽和聚酯樹脂的特性

　　不飽和聚酯樹脂是一種熱固性樹脂，當其在熱或引發(fā)劑的作用下，可固化成為一種不溶不融的高分子網(wǎng)狀聚合物。但這種聚合物機械強度很低，不能滿足大部分使用的要求，當用玻璃纖維增強時可成為一種復合材料，俗稱“玻璃鋼”（英文名Fiber Reinforced Plastics 簡稱FRP）。“玻璃鋼”的機械強度等各方面性能與樹脂澆鑄體相比有了很大的提高。

　　以不飽和樹脂為基材的玻璃鋼（UPR-FRP）具有以下特性：

　　1）輕質高強

　　FRP的密度為1.4-2.2g/cm3，比鋼輕4-5倍，而其強度卻不小，其比強度超過型鋼、硬鋁和杉木。這對于航空、航天、火箭、導彈、軍械及運輸?shù)刃枰獪p輕自重的產(chǎn)品具有非常重要的意義。例如波音747噴氣客機在主要結構上應用的FRP部件達2.2噸，有效地節(jié)省了飛機燃料，提高了航速，延長了續(xù)航時間，增加了有效載荷。見表1。

　　表1 UPR-FRP與其他材料的性能

　　材料 相對密度（g/cm3） 極限拉伸強度（Mpa） 比強度

　?。?times;103cm） 拉伸彈性模量（Gpa） 比模量

　　（×103cm）

　　UPR-FRP 1.5-1.7 352 2076.6 19.71 115.9

　　鋼 7.8 880 1128.2 204.16 261.7

　　硬鋁 2.8 457.6 1634.2 70.4 251.4

　　杉木 0.5 70.4 1408.0 9.86 197.2

　　2） 耐腐蝕性能良好

　　UPR-FRP是一種良好的耐腐蝕性材料，能耐一般濃度的酸、堿、鹽類，大部分有機溶劑、海水、大氣、油類，對微生物的抵抗力也很強，正廣泛應用于石油、化工、農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、電鍍、電解、冶煉、輕工等國民經(jīng)濟諸領域，發(fā)揮著其他材料無法替代的作用。

　　3） 電性能優(yōu)異

　　UPR-FRP絕緣性能極好，在高頻作用下仍能保持良好的介電性能。它不反射無線電波，不受電磁的作用，微波透過性良好，是制造雷達罩的理想材料。用它制造儀表、電機、電器產(chǎn)品中的絕緣部件能提高電器的使用壽命和可靠性。見表2。

　　表2 UPR-FRP的介電性能

　　體積電阻率

　　（Ω cm） 介電強度

　?。↘V mm-1） 介電常數(shù)

　　（60Hz） 功率因數(shù)

　?。?0Hz） 耐電弧性

　?。⊿） 　1012～1014 15-20 3.0-4.4 0.003 125

　　4）獨特的熱性能

　　UPR-FRP的導熱系數(shù)為0.3-0.4Kcal/mh℃，只有金屬的1/100-1/1000，是一種優(yōu)良的絕熱材料，用其制成的門窗是第五代新型節(jié)能建材。另外，F(xiàn)RP線脹系數(shù)也很小，與一般金屬材料接近，所以FRP和金屬連接不致受熱膨脹產(chǎn)生應力，有利于其與金屬基材或混凝土結構粘接。

　　5） 加工工藝性能優(yōu)異

　　UPR的加工工藝性能優(yōu)異，工藝簡單，可一次成型，既可常溫常壓成型，又可以加溫加壓固化，而且在固化過程中無低分子副產(chǎn)物生成，可制造出比較均一的產(chǎn)品。由于其工藝性能優(yōu)異，近年來已被廣泛用于制作工藝品、仿大理石制品、聚酯漆等非玻璃纖維增強型材料。

　　6）材料的可設計性好

　　UPR-FRP是以UPR為基體，以玻璃纖維為增強骨材的復合材料，二者經(jīng)過一次性加工成型為最終形狀的制品。所以FRP不僅僅是一種材料，同時也是一種結構。所謂可設計性包含兩方面內容：（1）功能設計；通過選擇合適的UPR和玻璃纖維可以制成具有各種特殊功能的FRP制品，如：可以制成耐腐蝕的產(chǎn)品；可以制成耐瞬時高溫的產(chǎn)品；可制成透光板材；可制成耐火阻燃制品；可制成耐紫外線制品……（2）結構設計：可以根據(jù)需要，靈活地設計出各種產(chǎn)品結構，如玻璃鋼門窗、玻璃鋼格柵、玻璃鋼管、玻璃鋼槽、玻璃鋼罐等。

　　任何一種材料都不是萬能的，F(xiàn)RP也不例外。首先FRP與金屬相比有許多本質上差別，例如金屬是各向同性材料，而FRP是各向異性材料，金屬在應力作用下，一般分為彈性變形與塑性變形兩個階段，而FRP在應力作用下一般沒有顯著的塑性變形階段，沒有屈服點，在受力過程中有分層現(xiàn)象，在超負荷時容易突然斷裂。其次FRP的模量較低，比鋼材差10倍，因此凡對剛性要求高的產(chǎn)品必須進行精心設計。第三，F(xiàn)RP的耐熱比金屬材料相差甚遠，到目前為止FRP的長期使用溫度還只限于200℃以下。

　　3．不飽和聚酯樹脂的分類和用途

　　根據(jù)不飽和聚酯樹脂的結構可分為鄰苯型、間苯型、對苯型、雙酚A型、乙烯基酯型等；根據(jù)其性能可分為通用型、防腐型、自熄型、耐熱型、低收縮型等；根據(jù)其主要用途可分為玻璃鋼（FRP）用樹脂與非玻璃鋼用樹脂兩大類，所謂玻璃鋼制品是指樹脂以玻璃纖維及其制品為增強材料制成的各種產(chǎn)品，也稱為玻璃纖維增強塑料（簡稱FRP或玻璃鋼）；非玻璃鋼制品是樹脂與無機填料相混合或其本身單獨使用制成的各種制品，也稱為非增強型玻璃鋼制品。

　　按具體專用品種分類包括有纏繞樹脂、噴射樹脂、RTM樹脂、拉擠樹脂、SMC、BMC樹脂、阻燃樹脂、食品級樹脂、防腐蝕樹脂、氣干型樹脂、寶麗板樹脂、工藝品樹脂、紐扣樹脂、瑪瑙樹脂、人造石樹脂、高透明樹脂水晶樹脂、原子灰樹脂等。作為FRP表面裝飾的防老化阻燃膠衣、耐熱膠衣、噴涂膠衣、模具膠衣、不開裂膠衣、輻射固化膠衣、高耐磨膠衣等。[2]

　　UPR的玻璃鋼制品廣泛地應用于下述領域：

　　建筑領域：制冷卻塔，8米3/小時-3000米3/小時的橫流、逆流、噴射式塔及風筒、風機、收水器等輔件。門、窗、輕型采光建筑、格柵、活動房、冷庫、公園亭、臺、報亭等。

　　玻璃鋼管、罐、槽等防腐產(chǎn)品及工程：包括大、中、小口徑管道、管件、閥門、貯罐、貯槽、格柵、填倉板、塔器、煙囪、防腐地面及建筑防腐等。

　　玻璃鋼車輛：火車雙層客車及零部件、窗框、汽車車身、保險杠、火車通風道、彈簧板等。

　　玻璃鋼船艇：包括游艇、救生艇、交通艇、漁船、快艇、舢舨、養(yǎng)殖船、沖鋒舟等。

　　玻璃鋼游樂設備：包括大型游藝機、大型水上樂園、兒童樂園。

　　玻璃鋼交通設備、勞保及保安用品：包括公路牌、路標、人行橋、燈具、電纜盒、測量標尺、頭盔、收亭、防爆器材、井蓋等。

　　玻璃鋼衛(wèi)生設備：浴缸、洗漱臺、便器、鏡架、整體衛(wèi)生間、垃圾箱。

　　節(jié)能玻璃鋼產(chǎn)品；包括軸流風機、離心風機、太陽能熱水器、風力發(fā)電機等。

　　玻璃鋼食品容器：高位水箱、食品運輸罐、飲料罐。

　　玻璃鋼城市雕塑、字體、工藝品和貼骨工藝。

　　玻璃鋼家具：包括座椅、快餐桌、成套家具、電話亭、柜臺等。

　　玻璃鋼機電、礦用、輕紡產(chǎn)品：包括防護罩、格柵、干式變壓器、互感器、高壓拉桿、計算機房、電器開關、SMC衛(wèi)星天線、銅箔板、服裝模特、通風管道、棉條筒等。

　　玻璃鋼運動器材和音樂舞蹈器材：包括網(wǎng)球拍、雙杠、單杠、助跳板、賽艇、道具等。

　　UPR的非玻璃鋼應用領域大致如下：

　　澆鑄工藝品；包括水晶工藝品、不透明各種造型工藝品等

　　鈕扣 ：各種聚酯鈕扣制品。

　　人造石：包括人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗巖等

　　涂層：包括家俱涂層、鋼琴、電視機、收音機外殼、縫紉機臺板以及自行車罩光漆等。

　　原子灰 ：汽車修補用聚酯膩子等。

　　其它：包括錨固劑、電器澆鑄、增韌劑、粘接劑等。

　　2復合材料風電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀編輯1引言

　　隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源耗盡時間表的日益臨近，風能的開發(fā)和利用越來越得到人們的重視，已成為能源領域最具商業(yè)推廣前景的項目之一，目前在國內外發(fā)展迅速。中國2005年冬到2006年春的用電缺口達到了1500萬kW，電力增長仍有極大的潛力。而與之對應的現(xiàn)階段我國的電力構成中，風力發(fā)電僅占1%左右，風力的開發(fā)和利用仍有很大的空間，幾乎每個省份都有在建或擬建的風電項目[2]。據(jù)國外媒體報道，為取代“911”恐怖襲擊中倒塌的世貿雙子塔樓而設計的1776英尺高的“自由塔”的樓頂也將設置風力發(fā)電機，風力發(fā)電在當今世界之熱門程度由此可見。商業(yè)通信公司預測，今后若干年內世界大型風力機市場將會以年20%左右的速率增長，中國的增長速率可能會更快。據(jù)估計，2006~2010年之間，我國風電葉片的需求量大約在7000多片，2011~2020年的需求量則將達到驚人的50000片[3]。巨大的市場前景使得目前風機行業(yè)的競爭空前激烈。整機方面，目前國際市場格局已初步成型。2005年全球超過75%的市場份額被丹麥Vestas、西班牙Gamesa、德國Enercon和美國GE WIND四家企業(yè)占據(jù)，新進入企業(yè)的生存空間不大；國內的整機生產(chǎn)企業(yè)中，新疆金風、浙江運達、大連重工集團、東方汽輪機廠等幾家的市場前景被業(yè)界看好，這其中又以新疆金風科技在國內品牌中的市場份額最大。葉片市場的情況與整機基本類似，單是丹麥LM Glasfiber公司一家就占據(jù)了國際市場40%以上的份額，其產(chǎn)品被GE WIND、西門子（原丹麥BONUS）、SUZLON、Repower、Nordex等公司全部或部分采用[4]；另外Vestas和Enercon公司也擁有各自的葉片生產(chǎn)部門。國內的葉片生產(chǎn)企業(yè)主要有中航保定惠騰、連云港中復連眾復合材料集團等。

　　2復合材料風電葉片的材料體系及制造工藝

　　復合材料在風力發(fā)電中的應用主要是轉子葉片、機艙罩和整流罩的制造。相對而言，機艙罩和整流罩的技術門檻較低，生產(chǎn)開發(fā)的難度不大。而風力發(fā)電機轉子葉片則是風力發(fā)電機組的關鍵部件之一，其設計、材料和工藝決定風力發(fā)電裝置的性能和功率。在風力發(fā)電機興起100多年的歷史里，葉片材料經(jīng)歷了木制葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片等。隨著聯(lián)網(wǎng)型風力發(fā)電機的出現(xiàn)，風力發(fā)電進入高速發(fā)展時期，傳統(tǒng)材料的葉片在日益大型化的風力發(fā)電機上使用時某些性能已達不到要求，于是具有高比強度的復合材料葉片發(fā)展起來。現(xiàn)在，幾乎所有的商業(yè)級葉片均采用復合材料為主體制造，風電葉片已成為復合材料的重要應用領域之一。

　　采用復合材料葉片主要有以下優(yōu)點：①輕質高強，剛度好。眾所周知復合材料性能具有可設計性，可根據(jù)葉片受力特點設計強度與剛度，從而減輕葉片重量；②葉片設計壽命按20年計，則其要經(jīng)受108周次以上的疲勞交變，因此材料的疲勞性能要好。復合材料缺口敏感性低，內阻尼大，抗震性能好，疲勞強度高；③風力機安裝在戶外，近年來又大力發(fā)展海上風電場，要受到酸、堿、水汽等各種氣候環(huán)境的影響，復合材料葉片耐候性好，可滿足使用要求；④維護方便。復合材料葉片除了每隔若干年在葉片表面進行涂漆等工作外，一般不需要大的維修。2.1復合材料葉片的材料體系

　　風力發(fā)電機葉片是一個復合材料制成的薄殼結構，一般由根部、外殼和加強筋或梁三部分組成，復合材料在整個風電葉片中的重量一般占到90%以上。復合材料葉片發(fā)展之初采用的是廉價的玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂體系，直到今天這仍是大部分葉片采用的材料。隨著葉片長度的不斷增大，這種體系在某些場合已不能滿足要求，于是很自然地，性能更優(yōu)異的增強材料—碳纖維進入了葉片生產(chǎn)者的視野。文獻[6，7]探討了碳纖維的添加對于復合材料葉片的影響。一般認為，22m以下的葉片采用玻璃纖維，而大于42m的葉片則采用碳纖維或碳?；祀s纖維[8]。樹脂基體方面，聚酯樹脂價格低廉，成型工藝性好，但性能一般，環(huán)氧樹脂則剛好相反，性能較優(yōu)但價格較高且工藝操作性不好，所以目前成本和性能等介于二者之間的乙烯基樹脂被一些葉片制造商大量采用。

　　鑒于目前國際上碳纖維價格居高不下，有些人認為在葉片生產(chǎn)中采用碳纖維太過昂貴，不應采用，實際上并非如此，一方面由于葉片長度的增加，其對剛度的要求也更加嚴格，在更大尺寸葉片的制造上，單純的玻璃纖維已不能滿足要求，碳纖維的剛度大約是玻纖的3倍，制成的復合材料剛度約是玻璃鋼的兩倍，從這個意義上說碳纖維的引入是必要也是必須的；另一方面，由于葉片尺寸的加大，其質量也越來越巨大，高性能碳纖維的引入可以在很大程度上實現(xiàn)葉片的減重，而隨著葉片重量的減輕，旋翼葉殼、傳動軸、平臺及塔罩等也可以輕量化[9]，從而可整體降低風力發(fā)電機組的成本，抵消或部分抵消碳纖維引入帶來的成本增加。隨著大型、超大型海上風力發(fā)電機的制造和陸續(xù)投入運行，碳纖維在風電葉片上大規(guī)模應用的時代已為時不遠。

　　2.2復合材料葉片的制造工藝

　　現(xiàn)在的葉片成型工藝一般是先在各專用模具上分別成型葉片蒙皮、主梁及其他部件，然后在主模具上把兩個蒙皮、主梁及其它部件膠接組裝在一起，合模加壓固化后制成整體葉片。具體成型工藝又大致可分為七種[10]：①手糊；②真空導入樹脂模塑(VIP)；③樹脂傳遞模塑(RTM)；④西門子樹脂浸漬工藝（SCRIMP）；⑤纖維纏繞工藝（FW）；⑥木纖維環(huán)氧飽和工藝(WEST)；⑦模壓。上述工藝中，①、④、⑤和⑥是開模成型工藝，而②、③和⑦是閉模模塑工藝。

　　傳統(tǒng)的葉片生產(chǎn)一般采用開模工藝，尤其是手糊方式較多，生產(chǎn)過程中會有大量苯乙烯等揮發(fā)性有毒氣體產(chǎn)生，給操作者和環(huán)境帶來危害；另一方面，隨著葉片尺寸的增加，為保證發(fā)電機運行平穩(wěn)和塔架安全，這就必須保證葉片輕且質量分布均勻。這就促使葉片生產(chǎn)工藝由開模向閉模發(fā)展。采用閉模工藝，如現(xiàn)在熱門的真空樹脂導入模塑法，不但可大幅度降低成型過程中苯乙烯的揮發(fā)，而且更容易精確控制樹脂含量，從而保證復合材料葉片質量分布的均勻性，并可提高葉片的質量穩(wěn)定性。

　　3當前復合材料葉片生產(chǎn)應用中存在的問題

　　隨著葉片尺寸的不斷增加，其生產(chǎn)和制造過程中產(chǎn)生了一些在以往的中小型葉片生產(chǎn)中未曾碰到過的新問題。

　　3.1大型模具問題

　　大型復合材料葉片的外形尺寸與其制造模具有著極其密切的關系。為保證復合材料葉片設計外形和尺寸精度，葉片長度越長，成型時對模具剛度和強度的要求就越高，模具的重量和成本也會大幅度提高。為減輕模具重量，降低模具成本，大型復合材料葉片的制造模具也逐漸由金屬模具向復合材料模具轉變，這也意味著葉片可以做得更長。采用復合材料模具主要有以下優(yōu)點：①為達到最佳氣動效果，葉片具有復雜的氣動外形，在風輪的不同半徑處，葉片的弦長、厚度、扭角和翼型都是不同的，如用金屬來制造，要在模具上實現(xiàn)這些變化，其加工難度很高，實現(xiàn)代價高昂，采用復合材料模具可大大降低其工藝難度；②由于模具與葉片采用同質的材料，模具的熱膨脹系數(shù)與葉片材料基本相同，故制造出的復合材料葉片的精度和尺寸穩(wěn)定性均優(yōu)于金屬模具制造的葉片產(chǎn)品；③采用復合材料模具亦可大大縮短模具的制作周期，提高生產(chǎn)效率。

　　3.2真空樹脂導入模塑法中的樹脂固化時間問題

　　真空樹脂導入模塑法(VIP)在眾多葉片成型工藝中的優(yōu)越性逐漸顯現(xiàn)，具有投入少、操作簡單、工作環(huán)境好、制品性能好等諸多優(yōu)點，目前在葉片制造領域正獲得越來越廣泛地應用。傳統(tǒng)VIP工藝中，一般先把樹脂、促進劑、固化劑等按比例混合好，然后開始真空吸注。只要控制好促進劑和固化劑的用量，這種方法用在一般尺寸的制件上沒有問題。但在制造例如葉片等大尺寸復合材料構件時，由于吸膠注膠的時間較長，如控制不好很容易出現(xiàn)樹脂未注完即凝膠的現(xiàn)象。另外在用膠量較大時，桶中配好的膠液還可能發(fā)生爆聚。為防止此類情況發(fā)生，可考慮設計一種樹脂和固化劑的混合裝置，吸注前樹脂和固化劑分別在不同的容器內，吸注時樹脂與固化劑實時混合實時吸注，從而可避免爆聚和過快凝膠，即增加了生產(chǎn)安全性，同時也節(jié)省了原材料的用量。

　　3.3葉片的固化問題

　　在葉片的生產(chǎn)過程中，由于模具尺寸巨大，一般無法采用烘箱等傳統(tǒng)的外部加熱方式對其進行升溫固化，生產(chǎn)一般只是在室溫下進行，這就造成葉片固化周期較長，難以進行較連續(xù)化的生產(chǎn)。解決辦法是葉片在模具上基本成型后即脫模，然后在室外利用光照進行后固化處理。當前很多企業(yè)采用的都是這種葉片生產(chǎn)方式，如國內葉片的領軍企業(yè)中航保定惠騰等。但這種方式也有其先天不足，生產(chǎn)受制于天氣并且制品脫模前存在模具中的時間較長，會影響生產(chǎn)效率。為此，可考慮在模具中內置熱源，如鋪設流體加熱管路或電熱布等，通過內置熱源對模具的加熱來實現(xiàn)葉片的快速固化，從而達到不受自然條件制約的、可連續(xù)進行的生產(chǎn)。而且，由于光照后固化方式受氣候因素制約嚴重，目前的葉片生產(chǎn)基地多建在光照較充足的北方。采用內置熱源的葉片模具后大大放寬了葉片生產(chǎn)對氣候的要求，可以謀求在南方建立葉片生產(chǎn)基地，從而在全國構建起更加合理的葉片產(chǎn)業(yè)格局。

　　3.4葉片的長途運輸問題

　　目前，世界上所有風電葉片都是采用整體模具生產(chǎn)的，這種模具尺寸、重量巨大，葉片生產(chǎn)只能在生產(chǎn)基地進行，于是葉片的運輸問題便日益突出起來：一方面，出于安全考慮，世界各國鐵路、公路管理部門對運載貨物的長度、高度等都是有限制的，風力發(fā)電機組的葉片和塔架長度在幾十米或更長，機艙罩一般在三米或更高，塔架下法蘭直徑超過三米，這些都屬于超限范圍；另一方面，我國風電場分布非常廣泛，很多位置偏遠、交通不便，建造風電場時大型葉片運輸成本非常高昂，有些地區(qū)甚至根本無法送達。可以說，長途運輸問題已經(jīng)越來越成為制約風電發(fā)展的一個瓶頸。在這方面，可以考慮采用組合模具來制造葉片，即把風電葉片成型模具設計成可拆裝、易運輸?shù)慕M合模具，通過普通公路或鐵路運輸把模具、工裝、重要部件和原材料運抵大型風電場附近，快速搭建簡易工房，在風電場現(xiàn)場進行葉片制造；還有一種思路就是采用組合葉片，即把葉片分成幾段來制造，使其尺度在公路運輸最大許可范圍內，運送到風電場后再進行葉片的組裝，但這種構想能否在實踐中應用還有待實驗驗證，目前尚未有這方面的報道。

　　3.5退役葉片的處理問題

　　風力發(fā)電是可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)之一，但目前使用的復合材料葉片則屬于不可回收材料，這已成為復合材料葉片最大的隱憂。采用熱固性樹脂生產(chǎn)的復合材料葉片，目前的工藝水平難以對其回收再利用，一般的處理僅僅是在露天堆放，隨著風電葉片的尺寸越來越大，數(shù)量激增，這些葉片退役后給環(huán)境造成的影響不可忽視，這與我們目前倡導可持續(xù)發(fā)展的宗旨也是相違背的。

　　針對這一問題，目前的發(fā)展趨勢：是對葉片的增強材料進行改進，如采用生物質材料，即采用木材與樹脂復合，通過積層制作葉片。有文獻稱，目前的分級竹篾層積材料比模量已超過玻纖增強的復合材料，比強度也達到與其相同的數(shù)量級，但竹篾積層材料雖減少了樹脂用量，仍需要使用熱固性樹脂，只能治標而不能治本。最徹底的解決方式還是發(fā)展可回收利用的熱塑性復合材料葉片，這方面的研究目前也取得了一定成果。愛爾蘭Gaoth Tec Teo公司、日本三菱重工、美國Cyclics公司簽署了合作協(xié)議開發(fā)熱塑性復合材料葉片，并已采用玻璃纖維增強Cyclics公司的低粘度熱塑性CBT&reg；樹脂制造出世界上首個12.6m可循環(huán)利用風電葉片。據(jù)稱，這種葉片退役后，每套葉片回收的材料平均可達到19t，這是一個史無前例的數(shù)據(jù)。但在更大尺寸葉片的制造上，這種熱塑性樹脂目前的性能可能還不是很理想。據(jù)稱，目前上述幾家公司正在研制30米以上的葉片。這種“綠色葉片”究竟能否在大型風力發(fā)電機上獲得廣泛應用還有待時間來驗證。

　　3.6其他問題

　　目前總體上看風力發(fā)電的形勢一片大好，但也有反對的聲音存在，如有的動物保護主義者認為風力發(fā)電機會危及一些動物的生存，也有人認為風力發(fā)電存在噪聲污染并影響景觀，另外雖然目前風力發(fā)電機以每年3~5%的速度在降價，但我國風力發(fā)電的上網(wǎng)電價仍然偏高[14]。應該指出的是，任何一種技術都不是完美無缺的，都可能存在瑕疵。作為一項可惠及子孫的事業(yè)，風力發(fā)電總體上來說是利大于弊的。在這個問題上，一方面政府需要加大宣傳力度，糾正公眾對風力發(fā)電若干問題的看法；另一方面政府也可考慮在政策上增加對風電的扶持和指導，提高風電的價格競爭力，以實現(xiàn)我國風電事業(yè)又好又快的發(fā)展。

　　4總結與展望

　　風力發(fā)電的發(fā)展依賴于生產(chǎn)制造大量的風力發(fā)電機，風力發(fā)電機離不開葉片，而制造葉片則需要復合材料產(chǎn)業(yè)的支撐。對我國的復合材料產(chǎn)業(yè)來說，風力發(fā)電是一個難得的機遇。選擇最佳的材料體系和制造工藝，制造出質量上乘的復合材料葉片，滿足快速發(fā)展的風力發(fā)電的需求，這是我們追求的目標。目前來看，內置熱源的大型復合材料組合模具、改進的真空導入樹脂模塑工藝以及可回收利用的熱塑性葉片樹脂基體等新設想、新工藝可能在今后會發(fā)展成為引領風電葉片研究和制造的新熱點