复合材料在风机叶片上的应用与展望

     在复合材料叶片结构设计方面，首先在进行叶片构造设计，而叶片根端连接形式与叶片剖面形式是构造设计的重点。
    叶片与轮毅连接，使叶片成悬臂梁形式。作用在叶片上的载荷通过叶片根端连接传到轮毅上，因此叶根的载荷最大。叶片上的载荷是通过根部结构的剪切力，挤压力或玻璃钢复合材料与金属的胶结传递到轮毅上的，而玻璃钢复合材料的这些强度均低于其拉弯强度，因而叶片的根部是危险的部位。设计时应予重视。大型风电叶片根端形式主要有金属法兰、预埋金属杆、T型螺栓等连接方式。国内自主开发的大型风电叶片大多采用预埋金属杆根端形式，金属预埋秆与壳体的结合是关键，为确保根端结构的安全可靠．需进行金属杆与玻璃钢复合材料可贴结合强度的模拟实验。
   叶片剖面基本上采用蒙皮加主梁的构造形式。主梁可采用整体箱型梁形式，也可以用双槽钢形式或加强肋结构。在后缘空腹处，采用夹层结构。叶片上大部分弯曲载荷都由主梁承担，蒙皮起气动外形作用，并可承担部分载荷。这种剖面构造可减轻叶片重量，提高叶片的强度与刚度，避免叶片由弯曲产生的局部失稳。叶片蒙皮通常采用双向织物增强的层板结构，也有采用夹层以提高蒙皮的强度和刚度。主梁则用单向程度较高的织物增强，以提高强度与刚度。夹芯材料可采用PVC泡沫。PVC泡沫有较高的剪切模量，组成的加成结构有良好的刚度特性。
    为了加快叶片的生产效率，叶片在生产过程中一般是将整只叶片分为叶片蒙皮、主梁、翻边角、叶根、粘接角、粗纱带等各个部件，其中主梁、翻边角、叶根、粘接角、粗纱带都由专用模具进行制作。将各个部件制好后，在主模具上进行胶接组装在一起，合模后加压固化后制成一只整体叶片。其中使用的粘接剂是叶片的重要结构材料，直接关系到叶片的刚度和强度。粘接剂要求具有较强的强度和良好的韧性，且要有良好的操作工艺性，比如不坍塌性，低温固化等特性。
4复合材料风机叶片的发展趋势
    随着风机叶片的发展，叶片长度的不断增大，玻璃纤维在某些条件下已经不能完全满足其要求，碳纤维具有优异的性能，虽然其价格非常昂贵，但其制成的复合材料的刚度是玻璃纤维的数倍，而且碳纤维的引入可在很大程度上减轻叶片的重量，从而可整体降低风力发电机组的成本，就可以抵消由于引入碳纤维而带来的过高的成本。
    风机叶片的产量逐年增加，需要考虑以后退役叶片的回收处理问题。目前使用的复合材料风机叶片大多数是采用热固性树脂制造的，废弃的叶片的回收和处理主要通过物理粉碎、化学分解、生物降解等方法，但是难以回收再利用。我国对废弃物的处理主要采取填埋和焚烧，这种方法更加会破坏土壤，污染环境。针对这一情况，发展趋势是对叶片的基体材料进行改进，如采用生物质材料，采用木材与树脂复合，通过积层制作叶片。这种方法减少了树脂的用量，但是还是使用热固性树脂。最根本的方法是发展可回收利用的热塑性复合材料风机叶片。据称，这种叶片退役后，每套叶片回收的材料平均可达到19t，这是一个史无前例的数据。但在更大尺寸叶片的制造上，这种热塑性树脂目前的性能可能还不理想，尚需要时间验证。