復(fù)合材料在風(fēng)機葉片上的應(yīng)用與展望

     在復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，首先在進(jìn)行葉片構(gòu)造設(shè)計，而葉片根端連接形式與葉片剖面形式是構(gòu)造設(shè)計的重點。
    葉片與輪毅連接，使葉片成懸臂梁形式。作用在葉片上的載荷通過葉片根端連接傳到輪毅上，因此葉根的載荷最大。葉片上的載荷是通過根部結(jié)構(gòu)的剪切力，擠壓力或玻璃鋼復(fù)合材料與金屬的膠結(jié)傳遞到輪毅上的，而玻璃鋼復(fù)合材料的這些強度均低于其拉彎強度，因而葉片的根部是危險的部位。設(shè)計時應(yīng)予重視。大型風(fēng)電葉片根端形式主要有金屬法蘭、預(yù)埋金屬桿、T型螺栓等連接方式。國內(nèi)自主開發(fā)的大型風(fēng)電葉片大多采用預(yù)埋金屬桿根端形式，金屬預(yù)埋稈與殼體的結(jié)合是關(guān)鍵，為確保根端結(jié)構(gòu)的安全可靠．需進(jìn)行金屬桿與玻璃鋼復(fù)合材料可貼結(jié)合強度的模擬實驗。
   葉片剖面基本上采用蒙皮加主梁的構(gòu)造形式。主梁可采用整體箱型梁形式，也可以用雙槽鋼形式或加強肋結(jié)構(gòu)。在后緣空腹處，采用夾層結(jié)構(gòu)。葉片上大部分彎曲載荷都由主梁承擔(dān)，蒙皮起氣動外形作用，并可承擔(dān)部分載荷。這種剖面構(gòu)造可減輕葉片重量，提高葉片的強度與剛度，避免葉片由彎曲產(chǎn)生的局部失穩(wěn)。葉片蒙皮通常采用雙向織物增強的層板結(jié)構(gòu)，也有采用夾層以提高蒙皮的強度和剛度。主梁則用單向程度較高的織物增強，以提高強度與剛度。夾芯材料可采用PVC泡沫。PVC泡沫有較高的剪切模量，組成的加成結(jié)構(gòu)有良好的剛度特性。
    為了加快葉片的生產(chǎn)效率，葉片在生產(chǎn)過程中一般是將整只葉片分為葉片蒙皮、主梁、翻邊角、葉根、粘接角、粗紗帶等各個部件，其中主梁、翻邊角、葉根、粘接角、粗紗帶都由專用模具進(jìn)行制作。將各個部件制好后，在主模具上進(jìn)行膠接組裝在一起，合模后加壓固化后制成一只整體葉片。其中使用的粘接劑是葉片的重要結(jié)構(gòu)材料，直接關(guān)系到葉片的剛度和強度。粘接劑要求具有較強的強度和良好的韌性，且要有良好的操作工藝性，比如不坍塌性，低溫固化等特性。
4復(fù)合材料風(fēng)機葉片的發(fā)展趨勢
    隨著風(fēng)機葉片的發(fā)展，葉片長度的不斷增大，玻璃纖維在某些條件下已經(jīng)不能完全滿足其要求，碳纖維具有優(yōu)異的性能，雖然其價格非常昂貴，但其制成的復(fù)合材料的剛度是玻璃纖維的數(shù)倍，而且碳纖維的引入可在很大程度上減輕葉片的重量，從而可整體降低風(fēng)力發(fā)電機組的成本，就可以抵消由于引入碳纖維而帶來的過高的成本。
    風(fēng)機葉片的產(chǎn)量逐年增加，需要考慮以后退役葉片的回收處理問題。目前使用的復(fù)合材料風(fēng)機葉片大多數(shù)是采用熱固性樹脂制造的，廢棄的葉片的回收和處理主要通過物理粉碎、化學(xué)分解、生物降解等方法，但是難以回收再利用。我國對廢棄物的處理主要采取填埋和焚燒，這種方法更加會破壞土壤，污染環(huán)境。針對這一情況，發(fā)展趨勢是對葉片的基體材料進(jìn)行改進(jìn)，如采用生物質(zhì)材料，采用木材與樹脂復(fù)合，通過積層制作葉片。這種方法減少了樹脂的用量，但是還是使用熱固性樹脂。最根本的方法是發(fā)展可回收利用的熱塑性復(fù)合材料風(fēng)機葉片。據(jù)稱，這種葉片退役后，每套葉片回收的材料平均可達(dá)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理想，尚需要時間驗證。