2.1 叶片材料的选择
风机叶片与复合材料制造风机叶片的材料曾用过木材和金属,但近年来已基本上采用各种复合材料。故风机叶片已成为目前复合材料极重要的应用领域之一。叶片主要用材体系包括各种增强材料,基体材料,夹层泡沫,胶粘剂以及各种辅助材料等。
2.1.1 增强材料
增强材料大量使用E玻纤,固其成本低和适用性强。当要求叶片更高的强度和刚度时,将会使用到高强玻纤,如S2玻纤,虽然价格较高,但适当使用会有好处。某些新兴纤维也可用作候选对象,如超高相对分子质量聚乙烯纤维,连续玄武岩纤维等。连续玄武岩纤维是一种新型无机纤维,由玄武岩石在高温熔融状态下拉丝而成,其力学性能与S玻纤相当,但有更好的耐酸碱和耐高温性能。当叶片更长时其强度,刚度要求更高,自身质量也会更大,此时则要求采用碳纤维。
2.1.2基体材料
基体材料目前则大量使用不饱和聚酯树脂(UPR),其综合性能优良,价格又低,国产产品已可满足要求。其次还有乙烯基酯树脂(VER),环氧树脂(PER)等。以环氧树脂为基体的复合材料力学性能更好,特别是当使用碳纤维时,树脂都以环氧为主。上述均为热固性树脂,现在也有用热塑树脂的,如GatTce公司,研发所谓的"绿色叶片"虽然目前成本较高,但有一系列优点,特别是可回收解决环保问题。
2.1.3 加芯材料和胶粘剂
叶片以及机舱罩等结构都用夹层结构形式,此时会大量用到闭孔泡沫材料,目前国内大多用瑞典DIAB公司的泡沫,致使其供不应求,据知DIAB正在美国建厂扩产以进一步满足需求。关于胶粘剂,辅助材料等问题不大,但多用进口材料。
叶片材料经历了木质叶片、合金钢叶片、铝合金叶片等阶段。目前,随着风机叶片的大型化,具有体重轻,比强度高等优点的复合材料,是风机叶片材料的首选,其中玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和炭纤维增强环氧树脂是普遍使用的材料,碳纤维增强环氧树脂性能较好,但是考虑到乙烯基树脂可降低叶片成本、工艺性好的特点,随着对乙烯基树脂在叶片上应用研究的深入,在不久的将来乙烯基树枝将逐步取代环氧树脂,成为风机叶片材料的首选。但是随着人们对环境要求的严格,以及对更多性能好、无污染的叶片新材料的探索及研究,大规模使用这些词那材料是指日可待的。