【速记】2017风电叶片复合材料——应用于风电叶片中的高性能玻纤织物的创新研究

　　尊敬的各位领导、各位专家，大家上午好！我的报告内容是风电叶片用高性能玻纤织物的创新研究。我的报告主要是泰山玻纤的风电产品和我们这个课题就是高性能玻纤织物的一个研究。

　　泰山玻纤是中国5大玻纤生产上，中国3大玻纤企业之一，隶属于中国建材集团。我们是以玻璃纤维和机器织品的国有企业。我们致力于玻纤材料的拓展和创新。从1992年开始筹建，1997年建成了中国第一条万吨无碱玻璃纤维生产线。2004年我们进入了电子纱生产领域。2007年加入了中国中材集团，2010年推出了TCR玻璃纤维，正式进入风电领域。在2014年与OCV合作生产了AR耐碱玻璃纤维，并且生产了SoneHM玻璃纤维。

　　这是我们权属公司，也就是说除了泰安的本部还有明天参观的满庄新区，另外在邹城公司有一个生产企业，那里主要是生产电子纱电子布，另外在南丰，还有北美公司等等。

　　从1997年生产E玻璃纤维开始到2005年ECR纤维推出，一直到2009-2010年，HMG纤维和TCR纤维推出，到2014年在耐碱玻纤和S-YHM高强玻璃纤维的推出，这是我们整个玻璃纤维的研发里程。

　　现在我们有七大类近2000种规格的玻纤及制品在产，包括无碱粗纱，耐碱纤维，短切纤维、热塑产品、耐碱、多轴产品、细纱、电子布、方格布，能给客户提供全方位的产品支撑。

　　2015年泰山玻纤获得了国家工信部首批智能制造的称号，从玻璃源、窑炉、拉丝等等有全方位比较先进的智能化工厂。

　　目前泰山玻纤的风电产品可以提供通用性的TCR纤维，还有高模量的HMG纤维，还有最高模量的SYHM纤维，还有一系列的产品，912、920W、912、920W、920WH可以提供对环氧、乙烯基系列产品提供支撑。

　　我们现在能够进行单轴向织物，双轴向、三轴、四轴等一系列产品的研发生产。这个地方是我们列举了从E玻纤到TCR，以及HMG和SY的基本数据表，从拉伸强度和拉伸模量，在这个地方TCR、HMG和SYMH，拉伸强度分别得到了有效提升。

　　我们从现在有的TCR、HMG和S-1HM在1200克单向布，模量从TCR的42左右到HMG的47-48之间，WNBEI到S-1HM到49-51之间，随着叶片的大型化、轻量化、低成本化需求还有我们新设计的叶片对材料的性能提出了更高的要求，新的要求希望我们在模量能达到51、52以上，如果我们是在玻璃纤维不改变它的玻璃成分的情况下，玻璃纤维性能一定的情况下，我们在织物方面怎样通过织物的制造工艺的改变或者创新，来提升织物的一些性能。所以我们考虑在这方面进行了一个想法、探讨和验证，在高性能织物的想法研究，还有层压板，对织物进行研究之后进行了一系列的层压板的数据的验证，同时对结果把应用于织物，对于叶片生产来讲，成本的降低我们做了一个分析。

　　从弹性模量的定律来讲，模量就等于纤维的模量和它的体积相乘加上树脂的模量和它的体积比。我们考虑怎么样提高通过织物结构，织物工艺的变化提升织物的性能那个方面考虑改变织物结构。改变织物结构主要考虑它的0度方向上的克重占比。二是提高玻纤织物的整体克重，减少它的层间空隙，提高纤维含量，还有降低织物的厚度，整个复合材料它整体厚度有所下降，它的纤维的占比有所提升，那我们在这一系列的方面做了一些试验和研究。

　　层压板的制作基本上按照常规的一个方式方法。

　　经过一系列的验证TCR玻纤、HMG玻纤和S-1HM玻纤分别的对照，在这个表里仅列举了1200、1500，另外还做了1400和1560。在这个方面我们可以看出它的在拉伸强度方面有一定的提升，尤其是主要还是供表现在它的0度拉伸模量。它从41-42左右到了44、45左右，HMG从7、8到了50，我们的SYM从49-50左右提升到了51左右，SYM纤维在1560克度拉伸到53.68，它的纤维含量分别有一个提升。同时看压缩性能，压缩性能上1500克比1200克也有一个提高。在它的剪切性能，剪切性能我们认为它基本相当，因为整体的含量没有发生太大变化。

　　通过这些数据来看，我们认为它的力学性能，尤其是在追求大叶片时在模量提升需求得到了一定的提升，大家更关注的就是它的工艺性能和疲劳性能等等。我们也做了一个多层的浸透实验对比，在这个实验对比数据看出基本能够满足叶片生产中对于灌注的工艺需求。

　　纤维含量提升了疲劳性能怎么样？这是大家可能最关注的一方面。我们把1200、1500等等的进行了一个疲劳的对比，从疲劳数据来看斜率能够满足以上的指标，纤维含量也是在做疲劳的时候是单独做，纤维含量也是提升的。

　　我们的结论就是在原丝不进行改变的情况下，玻璃成分不进行改变的情况下，通过制造工艺的变化，我们做的高克重产品对于织物层压板的纤维含量及力学性能有所提高，可以在一定程度上尤其推出SYHM纤维和HMG纤维能够寨叶片上满足更高模量材料的需求。同时浸透和浸穿时间可以满足实际生产的需求。另外疲劳性能纤维含量没有看出直接的负面影响。

　　我们也进行了一个织物在叶片中成本核算分析。这是委托叶片工作设计人员进行了一个模型分析。我们当然是在主梁材料的替代，以等刚度替换的模式，也就是以1500作为一个参考点，当然我们也有1400、1500、1560参考点，同时以它的设计值取值，灌注后单层厚度1500是1.04mm，1200灌注后是0.87mm，这个我们做了一个分析，就是说等量替代的时候总体厚度有所下降。

　　在这个地方我们参考了以56.8叶片做了一个核算，如果是使用原来HMG，比如说1200克，我们用1500克去替代的情况下，等刚性可以从62层减到45层，当然45层是1500克，它整体的主梁重量由3982降至3461，整体理论减重521公斤。纤维减重398，树脂减重123。因为这个数据做得比较早，根据玻纤的价格和树脂的价格进行测算，可以降低9000多元，当然这个价格是每个公司可能不同。整体这个表和前面那个表，这个我们是经过叶片设计人员的确认。

　　通过这个研究和结果，我们推出高克重的推广应用。我们有一个HMG的1400克、1500克，1560克和S-1HM的纤维的几个规则供大家选择。这个1560克强度是1300，模量是52.68这是前几天我们刚出来的一组数据，纤维含量达到76.8，模量达到53.68，新的一轮测试。我们希望能够给我们各个设计单位、叶片厂提供选择。

　　我的汇报结束，欢迎行业的各位同仁经常到公司来进行指导交流，也预祝会议取得圆满成功，谢谢！