新型環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)用于風(fēng)電葉片生產(chǎn)的作用機(jī)制

灌注工藝：標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和巴斯夫產(chǎn)品的比較

        最適合的復(fù)合材料          
　　然而，葉片的長(zhǎng)度極限并不是由材料決定的，其本質(zhì)原因還是經(jīng)濟(jì)方面的，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的盈利能力只能隨著葉片直徑增加到有限的程度。大型風(fēng)機(jī)固然效率更高，但運(yùn)輸和安裝成本也更昂貴，因此其盈利能力受到許多因素的影響，這些因素對(duì)于葉片的制造非常重要。 
　　為解決風(fēng)能行業(yè)面臨的這些挑戰(zhàn)，德國(guó)巴斯夫公司最近開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)門(mén)用于大型風(fēng)機(jī)葉片制造的環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)，并通過(guò)了德國(guó)勞氏船級(jí)社（GL）的認(rèn)證。一個(gè)由固化劑、加速劑和添加劑組成的商標(biāo)為Baxxodur的系統(tǒng)，可以使這些環(huán)氧樹(shù)脂得到高質(zhì)量的加工。 
　　在歐洲，海上風(fēng)電的發(fā)展在許多國(guó)家占有重要地位。德國(guó)波恩的歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)（EWEA）在關(guān)于海上風(fēng)電的報(bào)告中預(yù)測(cè)，到2020年，發(fā)電能力達(dá)到20-40 GW的海上風(fēng)場(chǎng)將接入輸電網(wǎng)。 
　　“我們預(yù)計(jì)2014年海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量將達(dá)到4200 MW。”西門(mén)子風(fēng)電集團(tuán)CEO Andreas Nauen說(shuō)。該公司在2007和2008年獲得了最多的海上裝機(jī)合同。          
　　在此背景下，材料供應(yīng)商面臨的挑戰(zhàn)非常明顯，特別是葉片制造行業(yè)的供應(yīng)商。對(duì)于跨度超過(guò)100米的風(fēng)機(jī)，傳統(tǒng)的聚酯樹(shù)脂基復(fù)合材料逐漸被彈性更好 的纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基材料取代。巴斯夫最新開(kāi)發(fā)的環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)一方面可用于大型葉片的長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)工藝中，另一方面可以縮短固化時(shí)間，縮短周期長(zhǎng)度。單支葉片的周期長(zhǎng)度可縮短30%左右。 
　　即使是40米長(zhǎng)的葉片，也要承受巨大的壓力。葉片邊緣的重量載荷可達(dá)70 kN左右（相當(dāng)于5輛大眾高爾夫車(chē)的重量），其轉(zhuǎn)速取決于向外的離心力，特別是作用在切線(xiàn)方向上的風(fēng)力（取決與風(fēng)速），而這一切會(huì)在葉片根部產(chǎn)生大約6000 kNm（相當(dāng)于11輛大眾高爾夫作用在葉片尖端的重力）的彎矩。
　　為了滿(mǎn)足這些需求，制造商主要采用環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)和玻纖氈用于結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)。這些增強(qiáng)層不是編織在一起的，而是一層接一層的疊放在一起，或采用多層材料。在這一領(lǐng)域，碳纖維也有應(yīng)用，但由于其價(jià)格昂貴，產(chǎn)量又少，用量并不多；而其他纖維材料（芳綸纖維或玄武巖纖維）還沒(méi)有應(yīng)用。 

固化：標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)和巴斯夫產(chǎn)品的比較

　　在大型葉片的制造中，纖維或纖維氈首先用兩種液態(tài)成分——樹(shù)脂和固化劑——浸漬，這兩種成分在模具中受熱后會(huì)發(fā)生反應(yīng)，形成一種非常堅(jiān)固的聚合物。由基體和纖維組成的這種系統(tǒng)會(huì)形成一種纖維復(fù)合材料，為葉片提供必要的機(jī)械穩(wěn)定性。 
　　灌注工藝          
　　樹(shù)脂浸漬主要有四種方法。在層壓工藝中，采用人工浸漬法將干性纖維氈浸入環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)中。在灌注工藝中，采用真空法將環(huán)氧樹(shù)脂吸到模具內(nèi)的干性纖維氈內(nèi)。第三種方法是將纖維氈在模具外預(yù)先浸漬，使其半固化，再將半硬質(zhì)的材料鋪放到模具中進(jìn)行最終的固化（預(yù)浸漬技術(shù)）。對(duì)于又長(zhǎng)又圓的部件，預(yù)浸漬的纖維在固化前被纏繞到模具上，然后采用熱固化方法固化（纖維纏繞技術(shù)）。 
　　以上四種方法通常都可以制造風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)部件，其中包括厚重的多層葉根（將壓力傳送到輪轂）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋，它們承受著作用在整個(gè)葉片長(zhǎng)度上的大部分壓力。第三種部件是中空葉片的外層，它實(shí)現(xiàn)了葉片的空氣動(dòng)力學(xué)功能，采用澆注或粘結(jié)法固定在葉根和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。 
　　 用于風(fēng)能行業(yè)的新型灌注系統(tǒng)有兩部分組成 ：樹(shù)脂和固化劑。胺類(lèi)化合物通常被用作固化劑，因?yàn)樗鼈兡軌蚝芎玫貪M(mǎn)足葉片的機(jī)械穩(wěn)定性和加工性能需求。