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浙江恒石纤维基业刘召军:《高性能玻璃纤维织物在轻量化大叶型上的创新解决方案》

国际新能源网  来源:东方风力发电网  日期:2019-04-11
  2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题一:科技创新 成就未来——“创新材料、革新技术”中,浙江恒石纤维基业有限公司研发部经理刘召军先生作了题为《高性能玻璃纤维织物在轻量化大叶型上的创新解决方案》的精彩演讲。
 
  以下为演讲实录:
 
 
  大家上午好,非常感谢组委会给我们这样一个机会,让我们把去年一年多时间所做的工作,给大家做一个汇报。我汇报的题目是“高性能玻璃织物在轻量化大叶型上的创新解决方案”。恒石公司发展历史的里程碑,1996年成立石门东方厂,至今发展有50年历史,近20年快速发展,公司已经进入了良性发展轨道。2015年香港主板实现了正式上市,目前恒石公司在全球拥有4个生产基地,分别是中国桐乡、埃及、土耳其、美国。
 
  随着市场的推广和发展,现在的市场整体分布,国内国外大概是1:1.5的比例,整个欧美市场出口占出口的绝大部分,年出口量8万吨。随着风力市场的回暖,年销售量每年大概以20%的速度在增长,2018年销售总量达到14.1万吨,占全球风电市场玻纤份额的25%。恒石公司经过了20年的发展,主要在风电领域里有单轴、双轴、三轴、四轴等一系列产品。各类产品总计有1300多个,目前与国内外的知名叶片厂建立了一些稳定合作关系,风电客户18家,非风电客户36家,在这里我非常感谢这些客户,这么多年来对恒石的大力支持。经过20年的发展和积淀之后,恒石公司形成了自有的一些特色优势:原材料开发能力、产品设计开发能力、先进设备工装水平等。
 
  接下来进入正题,主要从四方面进行汇报。随着海上风电的兴起,刚刚专家也讲到了平价上网趋势的递进,风电叶片综合成本的居高不下,也就是制约风电发展的主要原因之一。我们一直在想通过风电叶片长度的提升,降低叶片的总量提高单机叶片发电效率。2015年甚至更早时间,风电叶片厂每年在以10%速度在增长,叶片的总量也在以几何数字在提升。到2018年之后,叶片数量增长幅度是有一个明显的回落。这里面跟叶片结构设计,生产工艺的改进,特别是材料系统的提升,应该有很重要的关系。一些高性能产品引入到叶片的制造使用和推广过程中,高性能材料成为一个比较热门的话题,最早高性能玻璃纤维,到尝试于一些碳纤维织物、拉伸碳板等新材料应用叶片当中,对于叶片的轻量化发展,提供了一个很好的支撑。
 
  相较于玻璃纤维,碳纤维质量性能好,但是价格一直是让大家望而却步的,目前一直在降本思潮下,要实现批量化的应用,还是任重道远。近两年的时间内,恒石公司结合客户需求,通过采用高模高强的玻璃纤维,开发了一系列单向多轴向的高性能玻璃纤维织物,总共有20余种。对于叶片轻量化发展要求,我们提供的第一个建议方案,就是采用高模或者超高模替代普通织物,目的是达到降本提质。这是我们已经量产的单轴向高模织物,相较于常规单向织物,18织物无论拉伸压缩性能都有不同幅度的提升,特别是拉伸性能,经常有一些同志问我,你们18织物到底能达到多少?拉伸性能能达到51还是52?就取决于玻纤含量,18玻纤含量如果做得高一点,达到52也是有可以的。
 
  我们结合客户的需求,也开发了一系列的多轴向高模织物,这些织物的开发,一方面是为了给壳体的减重,主要的作用是为了适应大叶型的发展,普通的玻纤织物在材料性能上达不到要求。测试性能上来看,在某些方面的性能还是比较突出的,我这里做了一个简单的总结。从单向织物来讲,高模量织物比普通织物提升15%,多轴向织物相较于普通的织物提高7%—10%的拉伸效能。这种幅度的提升,对于大叶型,特别是未来90米以上的叶型开发设计,对材料工程师来讲是有了一个更多的选择。
 
  我举了一个高模产品叶片应用案例,95.5主要玻纤用量减少了95.5D,除了单向织物,还有高模多向织物也实现了批量使用,我这里没有一个对比的数字。高模多向织物的引入,给壳体减重是一个方面,最主要还是解决了力学性能方面的要求。
 
  第二种方案大克重替代小克重织物,起到降本提质的作用,我整理了一下已经开发的几款玻纤织物,现在常规用的EU250变成1560过后,拉伸性能也有一个明显的提升。同理,除了对于单向织物,我们在多轴向织物也进行了一个尝试,从验证的结果来看,某些材料性能还是有一个明显提升,大克重织物相比小克织物拉伸性能提升15%—20%,这个幅度比较大,这种幅度的提升,对于大叶片的开发,也是有一个很好的促进作用,对材料工程师也提供了更多的选择和可能。
 
  高模产品在国内外的应用业绩,除了单向织物还有大克重织物,在国内外已经实现了批量使用。我相信随着大叶型开发的不断深入,高模产品的应用,未来会在更多的叶型上得到体现。
 
  最后对今天的汇报,以及我提的两点方案优势做一个简单总结。高模替代普通玻纤织物的优点:性能有稳定提升,材料用量明显减少、材料综合成本显著的降低。大克重替代小克重织物的优点,材料性能稳中有升,叶片重量明显降低,生产效率明显提高,叶片综合成本明显降低。为了迎接大叶片的发展趋势,还有成本逐渐下降的挑战,除了从材料更新上想办法,还需要从结构设计和工艺改进方面进行一个深入研究,从而使整个全产业链成本出现一个良性的发展。
 
  最后让我们一起努力,为风电事业的美好明天,一起奋斗,谢谢大家。
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