1 概 述

風(fēng)電屬極具發(fā)展?jié)摿?、發(fā)展最快的可再生能源。“目前，世界最大風(fēng)力機(jī)的輸出功率達(dá)6MW(葉輪直徑126m，葉片長61.5m)、” 7 MW(GE公司)甚至10 MW(英國正在試制)。風(fēng)力機(jī)葉片起著將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的作用，是風(fēng)力機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)件。目前，葉片一般采用環(huán)氧復(fù)合材料(碳纖維或玻纖/環(huán)氧樹脂)加工。隨著風(fēng)電業(yè)的迅猛發(fā)展，葉片的復(fù)合材料[注]消耗量逐年遞增([注]:以環(huán)氧復(fù)合材料為主——筆者注)：以印度風(fēng)力機(jī)葉片的復(fù)合材料消耗量為例(見下表)，2008年為2.596萬t, 2006～2009年的增長率約28%;“我國2007年約7萬t,年增長率約80%”。隨著風(fēng)力機(jī)、樹脂生產(chǎn)實(shí)踐和科技的發(fā)展，環(huán)氧復(fù)合材料除了廣泛用于加工葉片外，還加工葉片的模具和機(jī)艙罩、驅(qū)動軸，新近還出現(xiàn)了用于修復(fù)葉片的新趨勢，等等，不一而足——真可謂不可或缺、用途廣矣!

2 制造葉片用環(huán)氧樹脂體系與成型工藝

2.1 環(huán)氧樹脂、預(yù)浸料

乘風(fēng)電業(yè)迅猛發(fā)展的大好形勢，“世界頂級化工公司——德國BASF公司和美國Dow Epoxy System公司，都瞄準(zhǔn)了風(fēng)力機(jī)葉片市場，紛紛競相推出葉片用環(huán)氧復(fù)合材料配套系列產(chǎn)品。”

最近，江蘇泰州市惠利電子材料有限公司與山東大學(xué)合作，研制成環(huán)氧樹脂澆注料——葉片專用樹脂[注]。該材料有7項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品，質(zhì)優(yōu)、價(jià)格低于進(jìn)口貨，今年6月投產(chǎn)，預(yù)計(jì)明年產(chǎn)量達(dá)1 500t/a ([注]：此前，該樹脂我國依賴進(jìn)口)。 Risoe DTU公司宣布：幫助中國林業(yè)部門利用竹纖維(bamboo shreds)/環(huán)氧樹脂試制葉片。

AIRSTONE system風(fēng)力機(jī)葉片用環(huán)氧產(chǎn)品(美國Dow Epoxy System公司)的性能好，通過了德國勞埃德(Germanischer Lloyd，GL)認(rèn)證;此外，還有模具用環(huán)氧樹脂、粘結(jié)劑等。其適用的成型工藝很多，如：真空灌注、濕法手糊等。真空灌注用低粘度環(huán)氧樹脂的流動性極佳，可改善產(chǎn)品的力學(xué)性能、熱敏性能。該產(chǎn)品可使葉片更強(qiáng)韌、輕質(zhì)、易于生產(chǎn)。另訊：AIRSTONE牌環(huán)氧樹脂、半成品有三種配方：①美國POLY-CARB Inc. 的配方;②美國GNS Technologies的配方;③德國UPPC AG的配方，可用于加工葉片;[2]該公司的Styrofoam牌絕緣材料也可用于加工葉片。
 

瑞士Gurit公司推出兩種葉片用環(huán)氧預(yù)浸料：①Spar Prog牌單向纖維預(yù)浸料，用于加工氣泡少、質(zhì)量高的厚層層壓板，生產(chǎn)效率高;②WE91L牌預(yù)浸料，放熱性低，低溫(如：80℃)固化或120℃/65分固化，21℃環(huán)境里的貯存期為60d。

德國BASF公司與德國Leuna-Harze公司[注]簽約，合作生產(chǎn)葉片用環(huán)氧樹脂(已通過德國勞埃德認(rèn)證)，共同供應(yīng)歐洲市場;同時(shí)也使BASF公司得到了長期原料供應(yīng)的保障([注]:德國Leuna-Harze公司是歐洲領(lǐng)先的環(huán)氧樹脂制造商，其產(chǎn)品有：普通環(huán)氧樹脂、特種環(huán)氧樹脂(如：雙酚F環(huán)氧樹脂)和各種活性稀釋劑)。目前BASF公司提供的葉片用雙組分環(huán)氧樹脂有：兩種浸漬環(huán)氧樹脂(infusion resin)，一種層壓環(huán)氧樹脂。

EPOVIA™乙烯基酯樹脂(Cray Valley公司和VVP公司)加工葉片的厚度5～15mm，長度達(dá)50m。層壓板里的GF(或CF)含量65～70%。跟環(huán)氧樹脂相比它的優(yōu)點(diǎn)有：①物料的粘度較低：室溫110cps;35℃<50cps(環(huán)氧樹脂的物料則達(dá)1000cps);②固化性能較好，初始濕強(qiáng)度(initial green strength)尤佳。應(yīng)該指出，濕強(qiáng)度對長條形復(fù)合材料制品(如：葉片、結(jié)構(gòu)件)很關(guān)鍵。因?yàn)樵撝破繁仨毥?jīng)受住>120℃的后固化工藝(要求快速提高到最大固化速度和固化性能)，模具材料每天必須在>120℃的高溫環(huán)境里暴露6～8h。該樹脂能快速提高濕強(qiáng)度，模具的成本也較低?？傊鳛槿~片的粘結(jié)基材，該樹脂優(yōu)于市售普通環(huán)氧樹脂。

2.2 輔助材料

拜耳公司利用CF/環(huán)氧樹脂、納米碳管填料等加工葉片，可使葉片長度超過60m，并大大減輕重量，例如：利用不到20kg新材料[納米碳管填料等——編者注]，就可使葉片重量減輕3t。

SGL集團(tuán)把CF和其他高性能纖維制品等科學(xué)地應(yīng)用到復(fù)合材料里，為設(shè)計(jì)理念開發(fā)出創(chuàng)新的、最佳解決方案，例如：把Sigrafil C牌碳纖維、UD預(yù)浸料用來增強(qiáng)葉片，效果很是理想。
 

BASF公司生產(chǎn)Baxxodur牌葉片用環(huán)氧樹脂的固化劑、促進(jìn)劑和添加劑。Baxxodur牌胺固化劑通過了德國勞埃德認(rèn)證，將用于下一代環(huán)氧樹脂。XTEND牌葉片用水性脫模劑(美國Axel塑料研究試驗(yàn)室)，由Xtand WS-47水性密封膜(sealer)和Xtand W7838D表面無光脫模膜組成，環(huán)保，強(qiáng)度高(滿足環(huán)氧、不飽和聚酯樹脂成型工藝的要求)。密封膜和脫模膜都是噴射在室溫(或加熱)的模具型面上，可使制品產(chǎn)生無光表面。該劑具有阻燃、無氣味、快干、快固化的特性。

2.3 芯 材

近來常州天晟新材料股份有限公司研制成Strucell結(jié)構(gòu)泡沫芯材[注]，以乙烯基聚合物為基礎(chǔ)，具有芳香酰胺聚合網(wǎng)絡(luò)修正的剛性交聯(lián)結(jié)構(gòu)，剛度、強(qiáng)度、抗疲勞性和抗沖擊性都優(yōu)良，耐多種化學(xué)物質(zhì)，幾乎不吸水，隔音、隔熱;可與多種纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)加工成芯材(如：葉片的結(jié)構(gòu)泡沫芯材)、夾芯復(fù)合材料。其性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，通過了GL認(rèn)證([注]：此前，該芯材我國依賴進(jìn)口)。

AIREX牌芯材、BAALTEK牌巴爾薩木(balsa)(Alcan Composites公司)可用于加工葉片(另訊：Alcan Composites公司在上海Tang Zhen(唐鎮(zhèn))工業(yè)區(qū)建成了“Alcan復(fù)合材料芯材中心”，具有AIREX牌芯材、BAALTEK巴爾薩木和其他芯材生產(chǎn)線。其目標(biāo)是向中國和亞太地區(qū)提供主要用于風(fēng)力機(jī)葉片的前沿復(fù)合材料芯材。)瑞典利用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)做葉片芯材，可回收，回收料的性能、強(qiáng)度如初。