葉片是風力發(fā)電機組有效捕獲風能的關(guān)鍵部件，約占整個風電機組20%的成本。在發(fā)電機功率確定的條件下，捕風能力的提高將直接提高發(fā)電效率，而捕風能力則與葉片的形狀、長度和面積有著密切關(guān)系，葉片尺寸的大小(上述參數(shù))則主要依賴于制造葉片的材料。葉片的材料越輕、強度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強，葉片就可以做得越大，它的捕風能力也就越強，發(fā)電效率也就會相應(yīng)得到提高。

在復(fù)合材料風力發(fā)電機組的葉片研究開發(fā)過程中，德國、丹麥、美國、荷蘭等風能資源利用較好的國家針對大型葉片的材料體系、外形設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、質(zhì)量檢驗、在線實時監(jiān)測和廢棄物處理等作了大量的研究開發(fā)工作，并取得了豐碩的成果。德國勞氏集團(GL Group)結(jié)合在船舶和風能行業(yè)的幾十年經(jīng)驗編寫了一本完整的技術(shù)規(guī)范《德國勞氏船級社非金屬材料技術(shù)規(guī)范要求》，在規(guī)范中對于葉片原材料的生產(chǎn)控制和成品檢驗提出了基本的要求。

GL非金屬材料認證技術(shù)規(guī)范

《德國勞氏船級社非金屬材料技術(shù)規(guī)范要求》一共分為三個部分，第一部分是關(guān)于原料和產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)要求的規(guī)定，第二部分是關(guān)于復(fù)合增強材料的檢驗要求及實驗標準，第三部分是關(guān)于產(chǎn)品的修補。

本文重點討論關(guān)于規(guī)范中的第二部分復(fù)合增強材料的檢驗要求及實驗標準，第三部分主要包括以下材料的實驗及檢驗要求：膠衣和/或?qū)訅?a href="http:///sell/list.php?catid=2946" target="_blank">樹脂、增強材料 、預(yù)浸料、芯材、膠粘劑。

目前的大型風力發(fā)電機組的葉片基本上是由聚酯樹脂、乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂等熱固性基體樹脂與E-玻璃纖維、S-玻璃纖維、碳纖維等增強材料，通過開模手工鋪放，預(yù)浸料或閉模樹脂真空導入等成型工藝復(fù)合而成。本文將介紹GL規(guī)范中對于這兩種主要材料的實驗要求和參考標準的詳細內(nèi)容。

樹脂和增強材料的基本性能指標及參考要求

在GL的規(guī)范中，基本包括了生產(chǎn)葉片的所有原材料的性能指標要求和實驗標準，本文僅僅對于葉片的主要兩種原料熱固性樹脂和增強材料的相關(guān)實驗項目要求做一個簡單的介紹，并給出一些相應(yīng)的參考要求。

熱固性樹脂

規(guī)范中僅對于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂兩種熱固性樹脂提出了具體的檢驗要求，對其它類型的樹脂在與德國勞氏集團進行具體磋商后，其技術(shù)標準要求將根據(jù)具體情況確定，但至少要以不飽和聚酯樹脂的要求為底線。

在產(chǎn)品的技術(shù)說明書中一般需要提供以下信息：

樹脂：包括樹脂類型、用途、制造商、品牌名、儲存環(huán)境要求、加工環(huán)境要求、添加劑的類型及比率 、固化條件及性能變化。

對于熱固性樹脂的性能考量指標一般分為固化前的性能指標以及固化成型后的性能指標，固化前性能指標一般包括下列項目：

固化前性能考量指標：包括密度、酸指數(shù)(不飽和聚酯樹脂) 、粘度、環(huán)氧當量(環(huán)氧樹脂 ) 、反應(yīng)性、凝膠時間 (溫度增加) 、固化收縮率。
固化以后的性能指標主要考量樹脂澆筑板的力學性能指標，包括：

固化后性能指標：密度 、吸水率 、拉伸強度，拉伸彈性模量和斷裂應(yīng)變 、彎曲強度，彎曲彈性模量 、高溫下尺寸穩(wěn)定性(熱變形溫度)。

對于以上性能指標的最低值要求，GL在規(guī)范中給出了一些參考值(請參考GL規(guī)范的有關(guān)章節(jié))，參考值主要針對于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。由于大型風電機組的葉片是露天工作，要經(jīng)受惡劣氣候的考驗，尤其是海上復(fù)雜氣候條件，并且一般風電機組的設(shè)計壽命又長達20年，維修成本高昂，所以具體的指標將由德國勞氏實驗室的工程師實際要求來界定。

增強材料

隨著設(shè)計能力的不斷提高，葉片逐漸變大，這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求。全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化，輕量化的要求。碳纖維或其它高強纖維隨之被應(yīng)用到葉片局部區(qū)域，如NEG Micon NM 82.4米長的葉片和LM 61.5米長的葉片都在高應(yīng)力區(qū)使用了碳纖維。GL規(guī)范將玻璃鋼中的增強材料分為四種類型：無捻粗紗、表面氈、玻纖織布、非織造布。在工廠提供的產(chǎn)品技術(shù)說明書中一般需要提供以下信息：

增強材料：包括纖維材料類型、加固類型、制造商、品牌名、供應(yīng)形式、存儲環(huán)境要求、產(chǎn)品說明。

對于四種類型的增強材料一般需要考量的主要指標為：

主要指標：包括粗紗的細度、纖維長度、纖維的線密度、每單位面積重量、層厚、燃物含量、徑向和緯向的密度、編織方法、每層的單位面積質(zhì)量、織物的厚度、鋪層方法、非織造布層厚、纖維材料徑向和緯向的線密度、非織造布或單層的單位面積重量。

對于增強材料和熱固化樹脂合成的層壓板材料，GL需要測定其力學性能，并在規(guī)范中給出了計算最低值的公式，增強材料應(yīng)滿足的最小機械性能參數(shù)要求，可以參照以下公式計算得出，在計算公式中對于玻璃纖維的含量已經(jīng)予以考慮：

　　

 

Xmin = 最小要求值

Xref = 纖維體積含量參考值(φ=0.4)

α = 鋪放因子

φ = 纖維體積含量(0.2≤φ≤0.6)

而對于玻璃氈和噴射紗生產(chǎn)的FRP層壓板，允許與以上公式計算的最小值有偏離，在這種情況下，玻璃纖維的重量百分比φ， 0.25≤φ≤0.35，按照下列公式得出結(jié)果：

　　

 

對于多方向鋪層的增強材料，上述數(shù)值至少需要在一個方向(尤其是0o方向)進行測試。關(guān)于上述方程中涉及的相關(guān)參數(shù)表，可以參考GL非金屬材料規(guī)范細節(jié)。

例如： 已知某0o/90o鋪層的玻璃纖維布制成的玻璃鋼層壓板材，經(jīng)測試纖維含量為φ=0.561，參考列出的相關(guān)參數(shù)，帶入以上公式得：

抗拉強度最小值：

　　

 

楊氏模量(拉伸模量)最小值：

　　

 

彎曲強度最小值：