亞克力熱塑性復(fù)合材料可用于葉片嗎？
亞克力熱塑性復(fù)合材料可用于風(fēng)機(jī)葉片嗎?據(jù)專家介紹，風(fēng)力機(jī)葉片的制造已建立于熱固性復(fù)合材料技術(shù)的基礎(chǔ)上。但熱塑性復(fù)合材料能賦予可回收性和其他優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)增強(qiáng)熱塑性塑料用于生產(chǎn)風(fēng)輪葉片時(shí)，與熱固性塑料相比，它可提供重大的優(yōu)勢(shì)。首先熱塑性塑料在加熱時(shí)有可塑性，并且保持塑性，而不像熱固性塑料永久堅(jiān)硬。因此在使用壽命的后期，熱塑性葉片能通過加熱成型一些東西，進(jìn)行回收再利用。假定葉片制造現(xiàn)在每年要使用幾十萬噸復(fù)合材料，這就將形成一個(gè)越來越重要的市場(chǎng)效益。熱塑性塑料的優(yōu)勢(shì)是：可回收再利用，在使用壽命的后期，熱塑性葉片能通過加熱成型一些東西，進(jìn)行回收再利用;固化周期短，熱塑性塑料還能解決固化周期的障礙，這種障礙現(xiàn)在減慢了熱固性葉片的生產(chǎn)速度，成型的葉片可以在加熱下脫模、進(jìn)一步加速生產(chǎn)過程，部件可以通過加熱局部界面和焊接來共固化或連接，小部件能采用粒料注射成型;強(qiáng)度、剛度更高，增強(qiáng)熱塑性塑料在相同重量下可以比熱固性塑料強(qiáng)度更高，這樣就能形成更輕的結(jié)構(gòu)。對(duì)這些塑料進(jìn)行葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化可以形成不同構(gòu)造的結(jié)構(gòu)。
例如通過設(shè)計(jì)一個(gè)葉片，使它更像一個(gè)飛機(jī)機(jī)翼，用肋板和梁來加強(qiáng)，設(shè)計(jì)人員就能省掉許多目前用于葉片中的結(jié)構(gòu)芯材。泡沫和其他芯材吸收樹脂，增加重量和成本，而且必須加工成形。另外專家表示，在使用中其抗雨、雪等的侵蝕要優(yōu)于熱固性塑料，并且通常具有更高的損傷容限，裂縫生長(zhǎng)較慢。由于更具延長(zhǎng)性，因此熱塑性塑料抗沖擊強(qiáng)度更佳，往往損傷顯示為可見凹痕，而不像熱固性復(fù)合材料，是藏于層板中，表面看不出缺陷。但它也有劣勢(shì)：抗疲勞性能差，增強(qiáng)熱塑性塑料的疲勞性能相當(dāng)差，這是因?yàn)槔w維和塑料基體之間較弱的連接，兩者間的連接是機(jī)械性的，是纖維四周的基體樹脂在固化過程中的收縮形成的，而不是化學(xué)連接，普通的偶聯(lián)劑用來提高玻纖、碳纖和熱固性樹脂的粘接，但對(duì)熱塑性樹脂不大起作用;熱/濕性能一般比熱固性樹脂差，熱/濕性能一般比熱固性樹脂差，這是由于熱的濕氣會(huì)膨脹基體，松動(dòng)機(jī)械連接，使基體分子鏈沿纖維滑動(dòng)。此外，大多數(shù)熱塑性樹脂加工困難，在熔融狀態(tài)其較高的粘性意味著需要較高的加工溫度和固化壓力，才能確保樹脂能完全地滲透入長(zhǎng)纖維連續(xù)纖維。由于需要金屬模具且能耗較高、因此成本上升。
目前國(guó)外EireComposites已有綠色葉片(GreenBlade)項(xiàng)目：在愛爾蘭，Galway國(guó)立大學(xué)的復(fù)合材料研究單位、Limerick大學(xué)的研究小組和商業(yè)公司EireComposites已進(jìn)一步研究了這項(xiàng)最新技術(shù)。兩所大學(xué)廣泛研究了APLC-12復(fù)合材料，而EireComposites公司積極開發(fā)液體成型技術(shù)，用于生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片和機(jī)艙罩。在綠色葉片(GreenBlade)項(xiàng)目中，EireComposites正牽頭進(jìn)行一項(xiàng)合作(通過其子公司EireCompositeTeo)，該合作包括三菱重工、Ahlstrom玻纖公司和Cyclics公司，共同開發(fā)制造一片12.6米長(zhǎng)的葉片樣品并進(jìn)行測(cè)試。這項(xiàng)工作將自然而然導(dǎo)致未來對(duì)全尺寸熱塑性復(fù)合材料葉片的開發(fā)和認(rèn)證。另外丹麥LM公司也有新葉片技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目BladeKing，據(jù)中國(guó)環(huán)氧網(wǎng)/中國(guó)環(huán)氧樹脂行業(yè)在線(www.epoxy-e.cn)專家介紹，在幾大葉片制造商中，密切關(guān)注該項(xiàng)工作的有丹麥LM公司，它是世界上最大的風(fēng)力機(jī)葉片制造商。該公司在正常情況下幾乎不能使葉片生產(chǎn)足夠快來滿足要求，因此它想把目前的生產(chǎn)周期縮短一半，并作為其最新葉片技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目BladeKing的一部分。該公司已被熱塑性塑料能降低生產(chǎn)周期所吸引，它可以作為一個(gè)可能的關(guān)鍵，到2015年把新品種塑料推到市場(chǎng)。
為了生產(chǎn)超大型葉片用于未來海上風(fēng)力機(jī)，高水平的自動(dòng)化也是所需要的。這是BladeKing項(xiàng)目關(guān)注的另一焦點(diǎn)：使用自動(dòng)化纖維鋪層或帶鋪層，加快纖維在模具中的鋪層速度。RisoDTU和Aalborg大學(xué)與LM公司一起進(jìn)行BladeKing項(xiàng)目研究工作，丹麥國(guó)家先進(jìn)技術(shù)基金提供部分贊助。而在國(guó)內(nèi)，中科恒源與RTP公司合作研發(fā)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性葉片：湖南中科恒源風(fēng)電產(chǎn)業(yè)科技有限公司設(shè)計(jì)和制造了適用于未由電網(wǎng)供電地區(qū)的小型風(fēng)力渦輪機(jī)。該公司使用美國(guó)RTP公司的長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料來注射成型風(fēng)輪葉片。據(jù)專家介紹，該公司與RTP公司合作研發(fā)使用很長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧⑺懿牧现芯哂凶罡叩膹?qiáng)度/重量比。長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)材料提供高模量和抗沖擊性，不管環(huán)境條件如何，都能保持葉片形狀不變。卓越的尺寸穩(wěn)定性可有效防止葉片改變迎風(fēng)角度，從而大大提高渦輪機(jī)的效率，尤其是在非常潮濕和非常干燥的條件下。全球風(fēng)電市場(chǎng)的加速發(fā)展，使葉片供應(yīng)商不僅要擴(kuò)能，而且要尋找加快生產(chǎn)過程的技術(shù)，以滿足未來的需求。熱塑性樹脂有潛在的優(yōu)勢(shì)可以幫助他們做到這點(diǎn)，同時(shí)還加強(qiáng)了超大型葉片的結(jié)構(gòu)可行性，并解決葉片退役后的可再生問題。對(duì)于風(fēng)能領(lǐng)域，由于其需求逐漸加劇，因此這些真正的塑料可以證明是一種變革的技術(shù)。
