下载文档原格式
风电叶片复合材料及碳纤维应用现状摘要:随着经济社会的不断发展，能源逐渐短缺，风力发电技术不断地发展成熟完善，政府相关部门也给予了很大的重视。
风电叶片的尺寸大小和质量对于风力发电影响也是非常大的，为了提高风力发电的影响力，把碳纤维复合材料引进电叶片的结构中，使得风电叶片的质量过大的问题得到解决。
另外，本文简要的介绍了不同复合材料的特征和复合材料的发展简史，分析了碳纤维复合材料应用在风电叶片中的优点，和对风力发电的工作效率和质量的提高作用。
关键词:复合材料;碳纤维;风力机叶片;应用随着时代的快速发展，世界范围内的经济发展水平都取得了重大突破，体现最为明显的为:人们生活质量取得了很大的提升，工业化发展速度迅猛，社会经济发展速率不断提升。
这种快速发展在给人们带来众多便利的同时，也引发了些许问题，生态环境的严重破坏就是其中一个，现如今我国自然生态环境由于工业化的迅猛发展造成了非常严重的破坏，在此背景之下，要求人们不断探索各种新型能源。
风力资源的发现和应用就在一定程度上减少了对生态环境的破坏程度，而且还是一种可再生资源，所以我们应该加大对其的研究和开发力度。
随着风力资源的广泛应用，风机单机容量也在不断扩大，而风力机叶片在风机运转过程中发挥着至关重要的作用，如何不断优化风力机叶片性能，就需要我们采用更为轻质和性能更好的材料，提高风力机运行效率，是我们目前风力机叶片需要研究的一个重要课题。
1复合材料的发展史为了方便大家理解碳纤维复合材料，在本文中对复合材料的发展史进行简短的介绍。
很早以前的远古时代，世界上就已经拥有，并在使用复合材料，这种材料就是自生长纤维增强复合材料，这种材料在植物中常见，最多见的就是竹子。
但是因为当时条件有限，这种复合材料在使用方面不发生任何的化学改变，只是进行物理上的变化，同时也没有批量生产，所以没有在大范围内应用。
远古时期的人们摆脱了山顶和岩洞的居住习惯，用稻草和泥土来建造房屋，这就是一种人工参与的复合材料。
风力发电机叶片复合材料性能分析摘要：风力发电机叶片是风力机捕获、利用风能的重要部件，故为了优化风力发电机的性能，现阶段已经有越来越多的研究者重视起对风力发电机叶片的性能探索。
由此本文就对风力发电机叶片中复合材料性能进行分析，不仅阐述了风力发电机及其叶片的概念与重要作用，还通过利用真空灌注工艺以及如巴氏硬度计、万能试验机等设备开展了风机叶片的材料性能实验。
关键词：风力发电机叶片；复合材料；性能分析现代社会中可持续发展的环保理念不断普及，诸如太阳能、潮汐能、风能等可再生能源逐渐占据了更重要的地位。
由此现阶段的电力企业中也逐渐改变了过去仅依靠火力发电的模式，相关的风力发电机逐渐拥有了更为广泛的应用空间。
而作为风力发电机核心技术，风机叶片技术也同样受到了更多人的注重，由此本文就对风机叶片的构成、性能、结构等方面进行了深入探索。
1.风力发电机叶片作为风力发电机中的重要部件之一，风机叶片通常可占一架风机总成本的15%到20%，这主要是由于风机叶片的质量常会影响到风机性能及其相关效益，根据相关数据显示，风机叶片每增加6%的长度，风机对风能的利用率即可提升12%左右。
一般来说，风机叶片主要是由外壳、腹板、梁帽、挡雨环、人孔盖等结构组成，再经由相关结构的结合后，风机叶片常能够具备良好的力学性能和防水性，而且相关结构的连接也在一定程度上保障了风机叶片的质量。
并且随着现阶段复合材料在风机叶片制造中的广泛应用，风机叶片的性能、质量等也得到了良好提高。
而现阶段一个制造完成的风机叶片，其中复合材料可占整个叶片90%及以上的比重，故现代的风机叶片通常不仅具备有较轻的重量，其耐腐蚀、抗疲劳等性能也较为优越，相关特点往往来源于复合材料的特性。
同时，随着复合材料的多样化发展，如夹层结构复合材料、先进复合材料等材料的应用都在不同程度上提高了风机叶片的质量。
此外，现阶段在制造风力发电机叶片时，也常会根据所制造叶片部位的不同而使用不同种类的复合材料，如在叶片外壳的制造中常会选择玻璃纤维增强树脂作为原材料，而在叶尖、叶片主梁的制造中则会选用具备更高强度的碳纤维材料，只有叶片前缘、后缘和抗剪腹等处则常会以夹层结构复合材料为主要原材料 [1] 。
风机叶片材料、设计与工艺简介复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动部件，直接阻碍着整个系统的性能，并要具有长期在户外自然环境条件下利用的耐候性和合理的价钱。
因此，叶片的材料、设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。
阻碍风机叶片相关性能的因素要紧有原材料、风机叶片设计及叶片的制造工艺三种。
一风机叶片的原料目前的风力发电机叶片大体上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与E－玻璃纤维、S－玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。
关于同一种基体树脂来讲，采纳玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采纳碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。
可是，碳纤维的价钱目前是玻璃纤维的10左右。
由于价钱的因素，目前的叶片制造采纳的增强材料要紧以玻璃纤维为主。
随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中慢慢显现性能方面的不足。
为了保证叶片能够平安的承担风温度等外界载荷，风机叶片能够采纳玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，那么利用碳纤维作为增强材料。
如此，不仅能够提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也能够有效地幸免雷击对叶片造成的损伤。
风电机组在工作进程中，风机叶片要经受壮大的风载荷、气体冲洗、砂石粒子冲击、紫外线照射等外界的作用。
为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐侵蚀和耐冲洗等性能，必需对树脂基体系统进行精心设计和改良，采纳性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。
同时，为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期利用性能，能够采纳耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。
二风机叶片的设技以最小的叶片重量取得最大的叶片面积，使得叶片具有更高的捕风能力，叶片的优化设计显得十分重要，尤其是符合空气动力学要求的大型复合材料叶片的最正确外形设计和结构优化设计的重要性尤其突出，它是实现叶片的材料/工艺有效结合的软件支撑。
复合材料风电叶片辅材及工艺By 2010年，可以说是我国海上风电开始有序发展的“元年”。
对于当前业界高度关注的海上风电特许权招标问题，国家能源局可再生能源司副司长史立山对记者表示，加快海上风电建设的条件已基本具备，海上风电将是今后风电发展的重点之一。
由此可见，未来风电项目对风电叶片的要求将会更高，更轻质的大型复合材料叶片将会受到市场的青睐。
复合材料的市场机遇风机叶片用主要材料体系包括各种增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和各种辅助材料等。
增强材料对于同一种基体树脂来讲，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。
但是，碳纤维的价格目前是玻璃纤维的10倍左右。
由于价格的因素，目前的叶片制造采用的增强材料主要以玻璃纤维为主。
因此玻璃纤维仍是风机叶片制造未来主要的增强材料。
随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐出现性能方面的不足。
为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。
这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。
因此碳纤维在中国无法突破技术瓶颈的前提下，这种与玻璃纤维混搭增强也是一个重要市场。
其他增强材料方面，我国竹纤维增强风电叶片已经实现批量生产，因此天然纤维也将分得风电叶片市场的一杯羹。
基体材料目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。
为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对树脂基体系统进行精心设计和改进，采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。
复合材料在风力机叶片上的应用摘要：目前，我国电力事业发展迅速，风力发电的快速发展也推动了相关技术水平的提高。
文章主要对复合材料在风力机叶片上的应用展开分析与研究。
关键词：复合材料；风力机；风力叶片；材料应用引言在风能利用过程中符合材料风力机片叶是主要部件之一，铺层结构相对较为复杂，叶片整体结构性能会在一定程度上受到纤维布所占铺层厚度影响，在设计不同方向纤维布铺设层厚度过程中应该保证其能够实现最优化处理。
在风力机的运行过程中，叶片受到周围流场的影响产生变形，这一变形又会使流场发生改变，这种流体与固体之间的相互作用会对风力机的正常运转产生极大的影响，因此分析风力机叶片的流固耦合问题十分重要。
1风电叶片的结构及常见缺欠风力叶片是复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、外壳和加强梁等3部分组成，复合材料在整个风电叶片中的重量一般占到90%以上。
复合材料叶片最初采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，直到现在其仍是大部分叶片的制造材料。
随着叶片长度的不断增大，自身重量的不断增加，这种体系在某些场合已不能满足要求，于是碳纤维增强结构逐渐得到应用。
对于玻璃纤维复合材料叶片，一般采用开模工艺，尤其手糊黏接方式较多，其本身在加工过程中会产生气孔、干纤、褶皱、纤维断裂以及夹杂等缺欠，在与梁的合模过程中还会产生缺胶、脱黏等缺欠。
2叶片铺层结构模型目前，风力机叶片主要由增强玻璃纤维布材料复合而成，其目的是在保证叶片强度和刚度的前提下，减轻叶片的质量和载荷。
本文以某1.5MW叶片为例对叶片的结构模型和强度计算方法进行研究，1.5MW叶片的长度为38m，重量为7.9t，所用的复合材料及其规格参数和力学性能如表1所示，其中，Vf为纤维的体积分数，Ex为纤维主方向弹性模量，Ey为纤维次方向弹性模量，νxy为纤维面内泊松比，Gxy为纤维面内剪切弹性模量。
表1 材料力学性能Table1Mechanicalpropertiesofthebladematerial叶片各截面主要采用主梁梁帽、腹板、翼面，以及前、后缘增强的基本结构形式，其中主梁是主要构件，承受大部分的挥舞和摆振方向的载荷，并将其传递到叶片根部。
摘要本文简述了风机叶片用复合材料中不同纤维增强复合材料的优缺点，以及未来增强体和基体应用的发展趋势，同时总结了CNAS认可的风机叶片以及叶片中材料性能检测的认可现状。
认为碳纤维和玻璃纤维的混杂纤维、高性能纤维等增强体，以及聚氨酯树脂、热塑性树脂或可回收树脂等基体是未来风机叶片用复合材料的研究方向；同时通过总结分析风机叶片检测实验室在认可过程中的常见问题，为后续相关实验室认可提供了关注点。
风能是可再生的清洁能源，风力发电作为一种优质的发电方式，能够有效改善电力行业对石油、煤炭等不可再生能源的依赖，对于生态环境保护和适应时代发展具有重要的意义。
风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。
根据国家能源局的统计数据显示，截止到2023年7月底我国风电装机容量约3.9亿kW，同比增长14.3%。
随着风机单机容量的不断扩大，风机叶片的长度也要求不断增加。
风力机叶片作为风能发电机中的核心部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常运行的重要因素。
叶片在工作中要承受多种外部环境的影响，因此要求叶片材质具有良好的强度、刚度和韧性以及抗风沙、抗冲击、耐腐蚀等性能。
目前，纤维增强复合材料在风力机叶片上得到了广泛的应用，其质量轻、强度高、耐久性好，已成为大型风力发电机叶片的首选材料。
1玻璃钢复合材料玻璃纤维增强热固性树脂复合材料，俗称玻璃钢，是一种以玻璃纤维或其制品为增强体，以热固性树脂为基体，并通过一定的成型工艺复合成的材料。
玻璃钢具有成本低、强度高、重量轻、耐腐蚀、易加工等特点，被广泛应用于风力发电机叶片的制造。
常见的玻璃纤维分为E型和S型，E型玻璃纤维也称无碱玻璃纤维，是一种硼硅酸盐玻璃，因其良好的电气绝缘性和机械性能，被大量用于生产玻璃钢。
S型玻璃纤维是一种特制的抗拉强度极高的硅酸铝-镁玻璃纤维，它的模量比E型玻璃纤维材料高出了18%；它的纤维拉伸强度为4600MPa，比E型玻璃纤维的3450MPa 增加了33%。
风机叶片复合材料连云港的中复连众复合材料集团有限公司，是一家集复合材料产品开发、设计、生产、服务于一体，以风力发电机叶片、玻璃钢管道、贮罐和高压气瓶、高压管道为主打产品的高新技术企业。
机缘巧合之下，我有幸简单参观到这个公司生产的风机叶片。
我第一次见到这些放置在长拖车上的长达40米的叶片时，我感到非常惊讶，刚好老师在课上播放了风机叶片安装过程的视频，更加激起了我的好奇心，很想知道它们是怎么生产出来的。
下面是我查阅的一些资料。
目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与E－玻璃纤维、S－玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。
1玻璃纤维复合材料叶片玻璃纤维增强聚脂树脂和玻璃纤维增强环氧树脂是目前制造风机叶片的主要材料，E-玻纤则是主要的增强材料，研究表明,采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-玻纤,可降低纤维间的微振磨损，其耐拉伸疲劳强度就可以达到碳纤维的水平。
但是,E2玻纤密度较大,随着叶片长度的增加,叶片的质量也越来越重，叶片越重,对发电机和塔座要求就越高,同时也影响到发电机组的性能和效率,因此,需要寻找更好材料以适应大型叶片发展的要求。
2碳纤维复合材料叶片研究表明，碳纤维(CF)复合材料叶片的刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2~3倍,大型叶片采用碳纤维作为增强材料更能充分发挥其轻质高强的优点。
但由于其价格昂贵,限制了它在风力发电上的大规模应用。
因此，全球各大复合材料公司正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面进行深入研究,以求降低成本。
现在碳纤维轴已广泛应用于转动叶片根部,因为制动时比相应的钢轴要轻得多,但在发展更大功率风力发电装置和更长转子叶片时,采用性能更好的碳纤维复合材料势在必行。
3碳纤维/轻木/玻纤混杂复合材料叶片当叶片长度增加时,质量的增加要高于能量的取得,因此碳纤维或碳/玻混杂纤维的使用对抑制质量的增大是必要的。
在制造大型叶片时,采用玻纤、轻木和PVC相结合的方法可以在保证刚度和强度的同时减轻叶片的质量。
新型复合材料在风机叶片中的应用【摘要】随着叶片尺寸的不断增大必将造成叶片重量越来越大，对叶片的强度和刚度有严格的要求，以避免叶尖在极端风载下出现碰撞塔架的情况。
复合材料高强度轻质量的优势却很好的满足了大型叶片的要求。
【关键词】复合材料；风力发电机1.引言风电技术发展的一个重要标志就是风力发电机组的单机容量不断提高。
自1997年以来，在欧洲特别是丹麦、德国、西班牙等国家风电技术发展很快，与过去比在单机容量方面也大大的得到提高。
当前世界风机的主力机型是1.5MW—3MW，平均单机容量也达到1MW。
风力发电可分为海上风电和内陆风电，海上风电发展与内陆风力发电相比，海上风力发电的工作风速普遍比较高，从发电量来看一般海上风场和陆上风场相比都要高出几乎0.2到0.4倍，并且对陆上景观的影响也比较小。
目前，风电技术已经能够制造出单机容量为2MW—5MW的风力机来用于海上风力发电的要求，为了满足这些条件风机叶片变得越来越长，现在已达到了40m—60m。
当风力机组装机容量更大时叶片的长度还会随之增加。
在丹麦筹建的RISOE新叶片试验中心中可以进行长度高达100m的叶片结构试验，这也成为风力发电机叶片的研究趋势。
如此巨大的叶片尺寸使得其对制造材料和工艺有了更高的要求。
2.新型材料在风机叶片中的应用随着叶片尺寸的不断增大必将造成叶片重量越来越大。
经研究，叶片重量与长度成三次方关系。
当风力发电机组正常工作时，在重力的作用下将会对叶片产生交变荷载，这些载荷将会引起叶片本身的疲劳破坏，甚至会使整个风力发电机出现疲劳损伤。
通过叶片重量的减轻，从而可以减少对其起到支撑作用的塔架、轮毂以及机舱等结构的质量。
对于风力机组的运行、能量输出、疲劳寿命来说，风机叶片的重量都是一个重要的影响因素。
在风机运行中，对叶片的强度和刚度有严格的要求，以避免叶尖在极端风载下出现碰撞塔架的情况。
对于大型风力机来说，在必须满足强度与刚度的前提下，尽量减轻叶片自重最有效的方法就是优化叶片结构和提高所用材料的性能质量。
风电复合材料叶片新进展随着时代的发展，世界上对新能源的应用在逐步加深，风力发电便是当下应用范围非常广泛的一种清洁能源.。
风力发电过程中，主要通过风力发电机组来完成，在这其中有众多的组成部分，风电叶片是其中的重要组成部分，我国当前对风力发电的推广在持续实施，而且也在继续加强对风电叶片材料的研究，据悉现如今风电叶片的制造中正在加强对复合材料的应用，不仅有利于减轻重量，使其可以在大风力条件下保持稳定的运转，更能够在叶片有比较简单的退役后处理措施，进而有利于环境保护.。
关键词：风电叶片;复合材料;实际应用目前我国经常会有能源短缺情况出现，而且国家倡导保护生态环境，据实际情况来看，火力发电的占比依然比较大，亟需调整能源结构.。
风力发电是当前应用范围比较大的一种新能源，而且能够有效保护生态环境.。
风力发电机组运行过程中，需要通过风力催动风电叶片旋转，进而来带动发电机组运行，因此在这其中风电叶片起到了至关重要的作用.。
随着当前时代的发展，该领域对风电叶片材料的研究也取得了新进展，如可以使用热固性复合材料、热塑性复合材料、生物质复合材料等，如此一来能够给风力发电的发展提供有效帮助.。
一、热固性风电叶片复合材料风电叶片是风力发电机组的重要组成部分，在风力发电初期，用于制造风电叶片的材料主要以木材、铝合金、布蒙皮等为主，材料的韧性、拉伸强度等均不佳，随着当前材料科学的发展以及我国风力发电领域的进步，风电叶片的材料也随之从单一材料向复合材料的方向前进，而且与传统单一材料相比，复合材料更具有良好的气动效率、强度、刚度、耐腐蚀性、耐疲劳性等多种优点，更重要的是随着相关领域技术的发展，其制造难度、成本均不高[1].。
其实，复合材料之所以能够被应用于风电叶片中，与其较强的强度有关，而复合材料之所以有较高的强度，与其中的增强纤维强度高密切相关.。
当前，风电叶片复合材料中的增强纤维类型比较多，如常见GF（E-玻璃纤维）、CF（碳纤维）等，虽然过去对GF比较依赖，而随着当前风力发电机组叶片不断增大的原因，原有GF已经不能够继续适应应用需求，因此转而需要使用CF，但是CF虽然有良好材料性能，但应用成本相对更高于GF.。
风机叶片修复材料浅谈内容摘要风力发电机组长期在恶劣的自然环境中暴露运行，不仅要承受强大的风载荷，还要经受气体冲刷、砂石粒子冲击，以及强烈的紫外线照射等外界侵蚀。
为了提高损伤修复过程中所使用复合材料的载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能, 必须对所使用叶片修复材料中的树脂基体系统进行精心研究和筛选, 对传统叶片修复工艺进行创新。
采用性能优异的环氧树脂, 改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能, 提高叶片的承载能力, 扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。
研究结果表明叶片修复过程中合理使用的复合材料完全可以达到在恶劣工作环境中长期使用的性能要求。
关键词:风力机; 叶片; 环氧树脂;引言随着风力发电机单机功率的不断提高，叶片的质量和尺寸也越来越大，对叶片的要求也越来越高：要求叶片质量轻且分布均匀，外形尺寸精度控制准确；具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；叶片旋转时的振动频率特性曲线正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；耐腐蚀、抗紫外线照射和抗雷击的性能好；发电成本较低，维护费用最低。
叶片的材料越轻、强度和刚度越高，叶片抵御载荷的能力就越强，叶片就可以做得越大，它的捕风能力也就越强。
因此，轻质高强、耐蚀性好、具有可设计性的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料是目前国内大型风机叶片生产及修复的首选材料。
本文主要探讨了风机叶片生产和修复过程中所用的主要材料玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，以及PVC材料。
一、叶片损伤原因为了提高风机的发电效率，风机绝大多数处在地理、气候环境相对恶劣的地区，从而导致风机叶片容易遭受损伤。
其中对于风机叶片发生故障率最大的损伤原因是雷击，而且雷击往往会给风机叶片带来较严重的损伤甚至报废。
其次为风沙磨损、酸雨腐蚀，导致叶片表面出现麻点，影响风机使用寿命。
飞鸟撞击也是造成风机叶片损伤的一大杀手，由于风机所在地人眼稀少，所以飞鸟较多，飞鸟撞击往往会使风机叶片表面大面漆胶衣脱落。
