董永祺 祖卓红

1 环氧树脂在风电机中的应用[1]

1.1 风电机发电效率的决定因素

理论上风电机的最大风能转换率为59.3%，三葉片水平轴向风电机则仅为8%～50%。采用最佳叶片扭曲角度、翼弦宽度直线化、叶片纵向呈翼型轮廓等设计，可提高风能转换率。风电机发电效率的决定因素是：叶片所捕获的风能密度、叶片扫过面积和扫过频率。如何提高风能密度、叶片扫过面积和扫过频率呢？下面就风电机叶片、塔架的原材料、生产工艺和设计进行探讨。

1.2 风电机叶片、塔架的原材料

意大利维斯塔斯（Vestas）公司V—80—2MW风电机叶片CF/GF/环氧树脂（ER）复合材料的消耗量约20t。加工叶片、塔架要求采用高强、耐腐蚀材料。以2MW风电机塔架为例，如果采用GF/ER表面层、砂环氧树脂芯材、纤维增强复合材料（FRP）塔架，比传统钢塔架轻20%，成本下降25%。FRP有利于提高塔架的高度（也就是叶片的安装高度），从而提高风能密度。纳米填料可改善制品（如叶片）的脱模性能。Multifunctional Carbon Nanofiber公司生产的涂层可提高FRP制品表面超疏水性顶层的阻尼率和冲击摩擦阻力。

环保、可回收性是选材的关键指标之一。就粘接基材而言，热塑性树脂是ER的竞争优胜者。前者的优点是可回收、成本低、工艺性能好（如：模塑周期短、易于修理）等。Cyclis公司研制的丁烯对苯二酸酯，作为粘接基材，已成功制成长12.6m的叶片。与ER相比，真空灌注成型GF/负离子聚酰亚胺—6（APA—6）的叶片的质量和自然频率类似，但材料成本低10%。由于其含水量较高，致使材料产生热收缩现象。据此，APA—6尚属于研究、待商业化的叶片的粘接基材。……