复合材料风电叶片的发展现状及若干问题的对策

2021-11-24张莉花武淑要

商品与质量 2021年3期

张莉花武淑要

国电联合动力技术（保定）有限公司河北保定 071000

风电叶片是风电部件中的重要组成部分，它的市场容量是比较大的，而且市场供需量比较确定，风电叶片行业的发展正在面临着机遇和挑战，在复合材料等高新技术的研究下，风电叶片的制作过程和过去相比发生了很大的变化，在材料以及技术等方面的应用上需要从综合方面进行考虑，并且对于如今的风力发电来说，为了满足发电效率的提升，风机的尺寸有了一定的变化，这也就要求风电叶片的直径采取相应的措施，对于叶片材料的强度和刚度等性能提出了更高的要求。

1 风电叶片中的复合材料发展

1.1 复合材料的作用

为了保障风电行业低成本高质量的发展要求，在风电叶片的制作过程中，需要从材料入手，开发和研究先进的技术，实现风电叶片制作上的创新升级。近年来，风电行业对于风电叶片的直径要求有着一定的提升，复合材料的应用在其中有着重要的作用。实际上，复合材料是风电叶片制作过程中的必需材料，它对于叶片整体性能的影响是非常大的，在未来的发展过程中，风电行业还将实现大规模的生产，如何在保证质量的同时，降低成本的投入，这也有赖于对复合材料的研究工作，加强新型材料的技术开发。

1.2 复合材料的结构

对于如今风电叶片制作中的复合材料来说，大多都是以碳纤维复合材料为主。碳纤维是由碳元素组成的纤维结构，它具有耐高温、耐腐蚀等高级性能，经过稳定氧化处理后，也可以实现与其他元素的有效融合，它是一种新型的高新材料，抗拉强度是钢的7到9倍，而且强度密度比也在材料中占据着领先地位，通过碳纤维复合材料在风电叶片中的应用，可以实现在性能以及效率等方面的提升。

2 复合材料风电叶片发展中的问题

2.1 技术创新存在瓶颈

对于现阶段来说，复合材料风电叶片在技术创新上存在一定的瓶颈，这主要是由于碳纤维在发展过程中如何实现材料上的扩张和创新，从我国本身的材料发展来看，许多新型材料都依靠于国外产品的提供，如何尽快发展具有成本竞争力的碳纤维研发技术是当前许多材料企业的重中之重。其次，在风机大规模的发展趋势下，提高复合材料生产效率，降低生产成本是发展过程中的必经之路，行业在发展过程中如何推动复合材料攻克技术创新上的难关，保障复合材料在应用过程中的稳定性和连续性，这是有关人员应该注意的问题。

2.2 材料模具的问题

对于碳纤维这类在风电叶片制作过程中应用到的复合材料来说，它们在制作的过程中应该尽可能提高材料的利用率，这与材料模具的尺寸和形状有着密切的关系。现如今来说，风机的发展是非常快速的，风电叶片的直径也没有相应的固定性，在复合材料的应用过程中，它的模具由于零件材料选材不当，或者没有经过精确的提炼，可能会存在热处理隐患，对于材料本身也有着一定的损耗。另一方面来说，是模具结构设计上的问题，在尺寸以及冲模等方面存在一定的误差，有的模具表面粗糙值过大，这对于提高复合材料的利用率来说有着一定的限制。

2.3 叶片的材料固化和运输问题

在复合材料风电叶片的制作过程中，由于复合材料本身是不具备固化功能的，需要在完成脱模等工作后进行具体的固化处理，但是有些企业在固化的过程中没有从综合方面进行考虑，对于固化方式的选择过于单一，有的在光照条件下可能会对复合材料的性能造成影响。另一方面，对风电叶片的运输过程来说，它的运输成本是非常高的，而且一般来说可能会由于安全管理等工作的不到位引发一些质量问题，如何从叶片的长途运输上降低成本投入，进行安全保障，这是企业应该注意的问题。

3 加强复合材料风电叶片发展的措施

3.1 加大技术研究和投资力度

在复合材料风电叶片的发展过程中，有关人员需要从成本、技术等方面进行综合考虑，尤其是在风机市场规模扩大的基础上，为了保障企业的经济效益，需要从风电叶片的复合材料上入手，扩大现有的技术基础保障，尽量减少对国外产品的引进，寻求可以替代的产品，增强碳纤维等复合材料的生产效率。另一方面来说，在复合材料风电叶片技术研究的过程中，还应该增强碳纤维中的乙烯基树脂，满足材料的抗疲劳特性，在符合指标要求的基础上降低成本。此外，采用热塑性复合材料还可以顺应发展过程中的环保要求，实现材料的可再生发展。

3.2 优化现有的材料模具

在复合材料风电叶片的发展过程中，有关人员为了提高资源的利用率，减少这方面的浪费，需要对制作过程中的材料模具进行相应的优化，保证它的尺寸以及形状符合风机叶片的应用要求。首先，应该加强在数据上的精确程度，满足模具材料的优选原则，定期对模具进行清理等工作。另外，在模具结构的设计上，要保证冲模结构的合理性，避免出料口出材料的堆积，减轻在使用过程中的荷载，从多个角度上对制模工艺进行完善，提高它的润滑效果。