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碳纤维复合材料在风电叶片主梁的不同应用方式

国际新能源网  来源:严说一点  日期:2018-12-24
  目前碳纤维主梁的工艺主要有三种:预浸料工艺、碳布灌注工艺和拉挤碳板工艺。这是基于风电传统工艺和碳纤维工艺特点形成的。
 
  预浸料工艺是最传统的碳纤维复合材料加工工艺,因此最初制作叶片大梁也使用预浸料。
 
  因为叶片都很长,因此没有办法采取传统的高温固化。如此制作叶片大梁使用的碳纤维预浸料是一种低温固化预浸料,加工工艺采取的真空袋压的方式,该工艺对手工操作要求较高,而且固化时间也较长。预浸料工艺制备碳纤维大梁,以手工方式铺放,生产复杂形状结构件的理想工艺,工艺及设备也成熟,劳动环境比较差,效率低,成本很高,目前多在样机中使用,无法满足批量化使用的要求。
 

 
  碳布灌注工艺是目前多家风机及叶片厂家使用的工艺,普通叶片的玻纤大梁就采取该工艺。该工艺比较成熟。
 
  该工艺对模具要求不高,模具制作简单,甚至可以利用现有模具,产品质量稳定性高,重复性能好,制品表观质量好,相同铺层厚度薄,强度高。但该工艺对碳布要求较高,且生产效率不高,成本也较高,而且一旦出问题,就会导致整个碳梁报废,因此制约了其推广。
 

 
  拉挤工艺是复合材料工艺中效率最高、成本最低的,而且纤维含量高,质量稳定,连续成型易于自动化,适合大批量生产。利用碳纤维拉挤板材制备叶片大梁可以和叶片一起制作,铺层工艺简单,利用该工艺制作叶片的时间只有灌注工艺的一半,但对叶型设计有较高要求。
 

 
  利用该工艺制作叶片大梁是维斯塔斯的核心,该公司开发成功后,开始大规模推广。该工艺利用利用制作好的碳纤维拉挤板材,在特定的工装辅助下,进行铺叠就可以了,简化了工艺,缩短了时间。目前维斯塔斯兆瓦级以上风机叶片都使用碳纤维复合材料,极大的推动了碳纤维在风电领域的应用,2016年全球碳纤维用量首次超过航空航天,成为碳纤维用量最大的领域,2017年风电使用的碳纤维2万4千多吨,维斯塔斯一家用量就在2万吨左右。
 

 
  碳纤维制作叶片大梁的不同工艺受到了多家公司的研究,而随着风电的快速发展,大叶片的趋势也越来越明显,碳纤维在叶片中应用也成了必然。但三种工艺差异明显,如何选择就是一个问题。下表是某家公司对三种工艺的分析对比。
 
  但利用拉挤工艺生产碳纤维复合材料板材应用于风电优势明显,是碳纤维产业的重大创新突破,直接推动了碳纤维在工业领域的应用进步。
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