能是一種無污染的可再生能源，它取之不盡，用之不竭，分布廣泛。隨著人類對生態(tài)環(huán)境的要求和能源的需要，風能的開發(fā)日益受到重視，風力發(fā)電將成為21世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源。風力機是將風的動能轉換為另一種形式能的旋轉機械。而風機葉片是決定風力發(fā)電機轉化效率的部件。因此，風機葉片的質量、結構、氣動效率等直接影響風機的輸出功率。

1　風機葉片主體材料

制造葉片的理想材料要綜合必需的結構特性，在低成本及形成期望的翼型形狀的能力下具有很高的強度同重量比率、疲勞壽命和剛度 。因此，風機的葉片主要用玻璃纖維GRP制造，新近也用碳纖維強化的復合材料CFRP粘壓成型，兆瓦級風機的葉片都是用復合材料制造的。在本文中將主要介紹兆瓦級風機葉片中的四種主體材料，分別為復合材料中的玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、PVC芯材和膠粘劑。

      1.1　玻璃纖維

　　玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機非金屬材料，種類繁多，優(yōu)點是絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好，機械強度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。它是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個微米到二十幾米個微米，相當于一根頭發(fā)絲的1／20～1／5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。在風機葉片中主要采用單絲直徑在17 m左右的玻璃纖維絲。

　　按玻璃成分，可分為無堿、耐化學、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和抗堿玻璃纖維等。無堿玻璃也叫E玻璃，目前風機葉片中常用的玻璃纖維主要就是E玻璃紗線，模量在76 GPa以上。符合要求的紗線主要有OCV的SE1500、PPG的2026、巨石的E6以及重慶國際的ECT。隨著葉片長度的增加，玻璃纖維模量的要求越來越高，新型的高模量紗線隨即問世，主要體現(xiàn)在OCV的H—glass、重慶國際的TM和浙江巨石的E7。目前在大功率葉片上成功使用的主要是H—glass和TM，葉片均通過德國DEWI—OCC靜態(tài)和模態(tài)測試。除疲勞測試以外，此紗線符合葉片設計要求。

       1.2　環(huán)氧樹脂

　　環(huán)氧樹脂是指含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族等有機化合物為骨架，并能通過環(huán)氧基團反應形成有用的熱固性產(chǎn)物的高分子低聚體，它的固化交聯(lián)反應是通過固化劑來完成的，變?yōu)榻宦?lián)的體型結構以后，才能顯示其固有的優(yōu)良性能 。環(huán)氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為其特征，環(huán)氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環(huán)狀結構。由于分子結構中含有活潑的環(huán)氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應而形成不溶、不熔的具有三向網(wǎng)狀結構的高聚物。

　　而兆瓦級風機葉片目前采用的工藝主要是真空灌注工藝，因此，對樹脂的混合粘度有很高的要求，一般室溫下在200～300 mPa·S為佳，同時凝膠時間需要符合工藝要求：如果時間太長，不能滿足生產(chǎn)效率要求；如果時間太短，則不能完成整個真空灌注工藝。目前比較具有代表性的環(huán)氧灌注樹脂主要有：瀚森(Hexion)、亨斯邁(Huntsman)。
　　風機葉片中必須提到一種手糊樹脂，因為葉片需要修型、粘接部分區(qū)域，需要用到手糊樹脂。而手糊樹脂受員工操作水平、環(huán)境溫度等影響比較大。特別對可操作時間的要求很高，沒有一個固定的時間，此產(chǎn)品需要具有系列化的固化劑來調整操作時間。除進口以外，國產(chǎn)惠利樹脂比較理想，無論是性能參數(shù)還是工藝條件均能滿足手糊工藝要求。
     
       1.3　PVC芯材

　　葉片蒙皮主要采用三明治結構在不增加重量的前提下增加葉片的剛度。因此，在整個葉片中，使用到的PVC芯材量很大，PVC芯材的使用方式和質量好壞，直接決定葉片的疲勞性能。PVC芯材有不同的密度，一般在40～250 kg／m3之間任意選擇。而風機葉片選擇的密度范圍為55～65 kg／m3之間。
　　目前市場上提供的PVC泡沫比較雜亂，性能層次不齊，甚至有直接導致葉片產(chǎn)品報廢的事例。因此，選擇性能參數(shù)高，工藝穩(wěn)定性強的PVC芯材是葉片廠家必須認真對待的事情，特別是海上風機葉片，無論是長度、性能要求還是售后維護方面，都是一個新的挑戰(zhàn)。目前比較可靠的芯材主要是戴鉑(Diab)生產(chǎn)的系列化PVC泡沫，質量穩(wěn)定、性能參數(shù)均高于葉片設計值。

       1.4　膠粘劑

　　風機葉片的膠粘劑主要是用來粘接葉片兩部分殼體的一種環(huán)氧類粘接劑。它在葉片中具有非常重要的作用，葉片的使用壽命和膠粘劑的性能、粘接強度和疲勞強度息息相關。

　　膠粘劑和環(huán)氧樹脂在性能上有很多的相似性，它們的反應機理相同。但環(huán)氧樹脂主要和玻璃纖維增強材料結合成玻璃鋼，而膠粘劑主要是在環(huán)氧樹脂中增加短玻纖、硅微粉或Al2O3等填充、改性材料而成。

　　膠粘劑目前都靠進口，但國產(chǎn)材料也在陸續(xù)的投入到葉片生產(chǎn)中，目前經(jīng)測試符合要求的國產(chǎn)膠粘劑主要是北京天山研發(fā)的TS821／831。

2　主要材料的比重及成本比例

風機葉片中使用的材料除上述三種主體材料以外，還有金屬螺栓、涂料、金屬法蘭、電纜、金屬接閃器等。由于其它材料的比重很小，將不再一一闡述，我們將以某一種2.0 MW葉片為例，列出各種材料的所占比例，如表1所示。

從表1可以看出，玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、PVC泡沫和膠粘劑占主體材料重量的94.38％，成本的89.1％。因此，四大主體材料的質量、價格都是決定風機葉片未來的走向。

3　結論

我國風能資源豐富，根據(jù)國家氣象局的資料，我國離地10米高的風能資源總儲量約為32.26億kW，可開發(fā)利用的風能儲量約10億kW。其中，陸地上風能儲量約2.53億kW(按陸地上離地10 m高度資料計算)，海上可開發(fā)和利用的風能儲量約7.5億kW。因此，風電開發(fā)才剛剛起步，未來的風電前景更廣闊。但是，作為風機配套產(chǎn)品的葉片，未來的發(fā)展道路任重而道遠，新型葉片的開發(fā)、材料的優(yōu)化和國產(chǎn)化工作、性價比高的新型材料等，都將是制約和影響未來風機葉片發(fā)展的瓶頸。