制造叶片的材料工艺对其成本具有决定性,因此,材料的选择,制作工艺的优化十分重要,通常材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前最普通采用的是GF/UP、GF/VE、GF/EP。随着发电机功率的增大,叶片长度不断加长,因此必须使用先进的材料来减轻重量,以达到轻质高强和高刚性。
E玻璃纤维:E玻纤为目前叶片主流增强材料,与许多树脂、成型工艺匹配性较佳,目前开发的许多编织形式,如单轴向、双轴向、三轴向、四轴向甚至三维立体结构等,以满足不同的需要,使灵活的结构设计得到更好的体现。但是,E玻璃纤维的密度比较大,因此,超大型叶片上较难适合。
S玻璃纤维:S玻璃纤维模量能达到 85.5Gpa,比E玻璃纤维高18%,且强度高出33%,从技术角度而言,人们对于应用高强度高断裂应变的S玻璃纤维在风力机叶片上比较感兴趣,但价格很高,因此未能成为叶片主导增强材料。一些生产商看到了S玻璃纤维在风能市场的潜力,美国AGY公司决定加强S-2玻纤的生产规划和投资。
PVC轻质夹芯和导流技术:PVC轻质夹芯概念应用于结构,据瑞典DIAB公司资料报导可用于60米长的风机叶片芯件。采用这种芯材及导流技术,可减少50%的周期时间,降低30%的劳动力成本。与敞开放型技术相比,夹芯导流技术减少90%的苯乙烯散发,并使整个叶片达到轻质高强。DIAB公司在中国昆山厂推出的PVC轮廓板根据产品“量体裁衣”直接用到了叶片制作上,省时省料,降低成本。
碳纤维或碳/玻Hybrid纤维(3D织物):叶片长度的不断增加使得轻质、高强的碳纤维在风力发电上应用不断扩大,大丝束碳纤维价格的下降成为风力机的首选结构材料,同样是34米长的叶片,采用GF/UP质量为5800公斤,采用GF/EP质量为5200公斤,采用CF/EP质量为3800公斤。因此,叶片材料开发的趋势是采用CF/EP,但同时也面临价格的压力。国外正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究降低成本。
可回收利用的热塑性叶片的开发:Gaoth Tec Teo与三菱重工以及Cyclics公司签署了一份合作协议,共同为全球大规模风场开发热塑性复合材料风机叶片,制作了全球首个12.6米可循环风力机叶片,此叶片退役后,平均每套风力机可回收19吨叶片塑料材料,此在风电工业上堪称史无前列。虽然热塑性树脂较热固性树脂轻,它易于发生蠕变,且用胶粘剂胶接热塑性树脂基复合材料壳体较困难,因此,不适用于大型风力机叶片的开发。