葉片是風(fēng)力發(fā)電機組有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，約占整個風(fēng)電機組20%的成本。在發(fā)電機功率確定的條件下，捕風(fēng)能力的提高將直接提高發(fā)電效率，而捕風(fēng)能力則與葉片的形狀、長度和面積有著密切關(guān)系，葉片尺寸的大小(上述參數(shù))則主要依賴于制造葉片的材料。葉片的材料越輕、強度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強，葉片就可以做得越大，它的捕風(fēng)能力也就越強，發(fā)電效率也就會相應(yīng)得到提高。

在復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機組的葉片研究開發(fā)過程中，德國、丹麥、美國、荷蘭等風(fēng)能資源利用較好的國家針對大型葉片的材料體系、外形設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、質(zhì)量檢驗、在線實時監(jiān)測和廢棄物處理等作了大量的研究開發(fā)工作，并取得了豐碩的成果。德國勞氏集團(GL Group)結(jié)合在船舶和風(fēng)能行業(yè)的幾十年經(jīng)驗編寫了一本完整的技術(shù)規(guī)范《德國勞氏船級社非金屬材料技術(shù)規(guī)范要求》，在規(guī)范中對于葉片原材料的生產(chǎn)控制和成品檢驗提出了基本的要求。

GL非金屬材料認(rèn)證技術(shù)規(guī)范

《德國勞氏船級社非金屬材料技術(shù)規(guī)范要求》一共分為三個部分，第一部分是關(guān)于原料和產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)要求的規(guī)定，第二部分是關(guān)于復(fù)合增強材料的檢驗要求及實驗標(biāo)準(zhǔn)，第三部分是關(guān)于產(chǎn)品的修補。

本文重點討論關(guān)于規(guī)范中的第二部分復(fù)合增強材料的檢驗要求及實驗標(biāo)準(zhǔn)，第三部分主要包括以下材料的實驗及檢驗要求：膠衣和/或?qū)訅?a href="http://29592.cn/sell/list.php?catid=2946" target="_blank">樹脂、增強材料 、預(yù)浸料、芯材、膠粘劑。

目前的大型風(fēng)力發(fā)電機組的葉片基本上是由聚酯樹脂、乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂等熱固性基體樹脂與E-玻璃纖維、S-玻璃纖維、碳纖維等增強材料，通過開模手工鋪放，預(yù)浸料或閉模樹脂真空導(dǎo)入等成型工藝復(fù)合而成。本文將介紹GL規(guī)范中對于這兩種主要材料的實驗要求和參考標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)內(nèi)容。

樹脂和增強材料的基本性能指標(biāo)及參考要求

在GL的規(guī)范中，基本包括了生產(chǎn)葉片的所有原材料的性能指標(biāo)要求和實驗標(biāo)準(zhǔn)，本文僅僅對于葉片的主要兩種原料熱固性樹脂和增強材料的相關(guān)實驗項目要求做一個簡單的介紹，并給出一些相應(yīng)的參考要求。

熱固性樹脂

規(guī)范中僅對于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂兩種熱固性樹脂提出了具體的檢驗要求，對其它類型的樹脂在與德國勞氏集團進行具體磋商后，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求將根據(jù)具體情況確定，但至少要以不飽和聚酯樹脂的要求為底線。

在產(chǎn)品的技術(shù)說明書中一般需要提供以下信息：

樹脂：包括樹脂類型、用途、制造商、品牌名、儲存環(huán)境要求、加工環(huán)境要求、添加劑的類型及比率 、固化條件及性能變化。

對于熱固性樹脂的性能考量指標(biāo)一般分為固化前的性能指標(biāo)以及固化成型后的性能指標(biāo)，固化前性能指標(biāo)一般包括下列項目：

固化前性能考量指標(biāo)：包括密度、酸指數(shù)(不飽和聚酯樹脂) 、粘度、環(huán)氧當(dāng)量(環(huán)氧樹脂 ) 、反應(yīng)性、凝膠時間 (溫度增加) 、固化收縮率。
固化以后的性能指標(biāo)主要考量樹脂澆筑板的力學(xué)性能指標(biāo)，包括：

固化后性能指標(biāo)：密度 、吸水率 、拉伸強度，拉伸彈性模量和斷裂應(yīng)變 、彎曲強度，彎曲彈性模量 、高溫下尺寸穩(wěn)定性(熱變形溫度)。

對于以上性能指標(biāo)的最低值要求，GL在規(guī)范中給出了一些參考值(請參考GL規(guī)范的有關(guān)章節(jié))，參考值主要針對于不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。由于大型風(fēng)電機組的葉片是露天工作，要經(jīng)受惡劣氣候的考驗，尤其是海上復(fù)雜氣候條件，并且一般風(fēng)電機組的設(shè)計壽命又長達20年，維修成本高昂，所以具體的指標(biāo)將由德國勞氏實驗室的工程師實際要求來界定。

增強材料

隨著設(shè)計能力的不斷提高，葉片逐漸變大，這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求。全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化，輕量化的要求。碳纖維或其它高強纖維隨之被應(yīng)用到葉片局部區(qū)域，如NEG Micon NM 82.4米長的葉片和LM 61.5米長的葉片都在高應(yīng)力區(qū)使用了碳纖維。GL規(guī)范將玻璃鋼中的增強材料分為四種類型：無捻粗紗、表面氈、玻纖織布、非織造布。在工廠提供的產(chǎn)品技術(shù)說明書中一般需要提供以下信息：

增強材料：包括纖維材料類型、加固類型、制造商、品牌名、供應(yīng)形式、存儲環(huán)境要求、產(chǎn)品說明。

對于四種類型的增強材料一般需要考量的主要指標(biāo)為：

主要指標(biāo)：包括粗紗的細(xì)度、纖維長度、纖維的線密度、每單位面積重量、層厚、燃物含量、徑向和緯向的密度、編織方法、每層的單位面積質(zhì)量、織物的厚度、鋪層方法、非織造布層厚、纖維材料徑向和緯向的線密度、非織造布或單層的單位面積重量。

對于增強材料和熱固化樹脂合成的層壓板材料，GL需要測定其力學(xué)性能，并在規(guī)范中給出了計算最低值的公式，增強材料應(yīng)滿足的最小機械性能參數(shù)要求，可以參照以下公式計算得出，在計算公式中對于玻璃纖維的含量已經(jīng)予以考慮：

　　

 

Xmin = 最小要求值

Xref = 纖維體積含量參考值(φ=0.4)

α = 鋪放因子

φ = 纖維體積含量(0.2≤φ≤0.6)

而對于玻璃氈和噴射紗生產(chǎn)的FRP層壓板，允許與以上公式計算的最小值有偏離，在這種情況下，玻璃纖維的重量百分比φ， 0.25≤φ≤0.35，按照下列公式得出結(jié)果：

　　

 

對于多方向鋪層的增強材料，上述數(shù)值至少需要在一個方向(尤其是0o方向)進行測試。關(guān)于上述方程中涉及的相關(guān)參數(shù)表，可以參考GL非金屬材料規(guī)范細(xì)節(jié)。

例如： 已知某0o/90o鋪層的玻璃纖維布制成的玻璃鋼層壓板材，經(jīng)測試?yán)w維含量為φ=0.561，參考列出的相關(guān)參數(shù)，帶入以上公式得：

抗拉強度最小值：

　　

 

楊氏模量(拉伸模量)最小值：

　　

 

彎曲強度最小值：