风电叶片用夹芯材料的现状和发展趋势

  摘 要：本文简要回顾了全球风能2008年的装机情况和今后各国风能的发展趋势，对常用复合材料夹层结构用夹芯材料的类别和性能特点进行了总结，介绍了风电叶片用夹芯材料的现状，最后。对于风电叶片用夹芯材料的发展趋势提出了自己看法。
1  全球风能概况和夹芯材料发展趋势
    据中国风能协会的统计，到2008年底，全球风电总装机容量达到120.8GW。2008年新增装机容量超过27GW，同比增长36%。2008年，欧洲与北美齐头并进，新增装机容量都大约为8.9GW，亚洲以8.6GW而紧随其后。处于领先地位的是美国和中国市场，美国新增装机容量8.4GW，中国新增装机容量6.3GW。
    2008年，在欧洲，风电已成为新增电力中的主力电源，除了德国、西班牙和丹麦成熟市场的推动外，在法国、英国和意大利的引领下，欧洲风电市场的发展更加均衡；在美国，当年竣工的风电项目容量占本年度美国所有新增力装机的42%，确立了风电在美国新增电力生产当中的主力电源地位，并显示出在促进就业方面的巨大作用。在中国，当年新增容量超过了之前的历史总和，为应对金融危机的影响，政府已将发展风能作为经济关键增长点之一。
    2009年，在世界经济形式颇为艰难的大环境下，欧美地区的风电增长情况难以预计2009年新增装机容量还会翻番，届时会达到该年度世界新增风电装机总量的三分之一甚至更多。从全球范围来说，应该保持增长的态势。按照2008年的新增装机容量27GW计算，需要夹芯材料即超过18万m3。2009年全球风电产业对夹芯材料的需求量应不会低于2008年。
    但同时，为了缓解经济压力，风电设备和零部件生产商都在积极寻求各种方法来尽量降低成本，叶片厂家也希望通过降低各种材料价格来减小成本支出。目前，叶片用夹芯材料主要有PVC硬质泡沫、balsa轻木、PET泡沫和SAN泡沫，夹芯材料成本占叶片材料总成本的20%左右。若想降低夹芯材料的成本，可能的方案有两个：优化夹层结构部位的设计和选用新型性价比更高的夹芯材料。
2  夹芯材料的种类和性能特点
    目前，用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有：硬质泡沫、蜂窝和轻木三类。
2.1  硬质泡沫
    硬质泡沫主要有聚氯已烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亚胺(PEI)、和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚乙烯(PET)等。
    (1)PVC泡沫
    PVC泡沫实际上是PVC和聚氨酯混合物，但常常都简单的说成PVC泡沫。PVC泡沫耐苯，所以能够和聚酯树脂共同使用。PVC泡沫主要有两种，一种是交联PVC，另外一种是非交联PVC，也叫做线性PVC泡沫。
    交联PVC泡沫具有很好的静力动力性能，可以用于承载要求高的产品。使用温度在-240度~+80度，并且能够耐多种化学物质腐蚀，市场上使用的主要有Airex和DIAB的PVC产品。经改进的PVC泡沫可用于预浸料等耐热要求更高的工世中，使用温度可达140度，如Airex C71系列。线性PVC泡沫力学性能，化学稳定性(耐苯)和热变形性能相对要低一些，但兼具良好韧性和柔性，能吸收消化巨大的冲击能量，抗冲击性能特别好，例如Airex R63系列。