風(fēng)能為先進(jìn)復(fù)合樹脂和增強(qiáng)材料提供了重要的發(fā)展機(jī)會(huì)。風(fēng)能開發(fā)有望幫助滿足日益增長(zhǎng)的全球能源需求，并且塑料和復(fù)合材料的創(chuàng)新將發(fā)揮關(guān)鍵作用。風(fēng)能的長(zhǎng)期發(fā)展需要技術(shù)創(chuàng)新，以使風(fēng)能與其他形式的能源相比更具競(jìng)爭(zhēng)力。
葉片制造商正在尋求通過(guò)減少周期和降低成本來(lái)提高生產(chǎn)率的方法。機(jī)器人鋪設(shè)、增強(qiáng)的拋光技術(shù)、兩件式或分段式葉片以及現(xiàn)場(chǎng)制造是削減人力和物流成本的潛在工具。此外，樹脂和預(yù)浸料供應(yīng)商正在尋求開發(fā)在低溫下固化更快的材料。
讓我們來(lái)看看風(fēng)能領(lǐng)域一些有前景的新興塑料發(fā)展。
目前正在開發(fā)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的熱塑性材料。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常由玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂制成，但這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。雖然熱塑性風(fēng)力葉片可以通過(guò)注塑成型更快地制造，但只能制造小葉片，并且熱壓技術(shù)也限制了葉片的尺寸。
對(duì)于工業(yè)規(guī)模的渦輪葉片（數(shù)十米長(zhǎng)）需要真空灌注。但是熔融的熱塑性塑料的粘度太高了，以至于無(wú)法將材料壓入這些巨型葉片模具的每個(gè)角落、縫隙和玻璃纖維中。
另一個(gè)缺點(diǎn)是這種材料需要更高的加工溫度，這增加了成本。為了解決這些缺點(diǎn)，制造商和研究人員正在嘗試使用易流動(dòng)材料的創(chuàng)新方法，如聚對(duì)苯二甲酸丁二酯（PBT）和聚合內(nèi)酰胺（APLC-12）的環(huán)狀形式。
荷蘭德爾夫特理工大學(xué)的DUWind研究項(xiàng)目開發(fā)了一種使用陰離子聚酰胺6（APA 6）生產(chǎn)熱塑性塑料復(fù)合風(fēng)葉片的方法，APA 6是一種反應(yīng)性熱塑性塑料，其加工過(guò)程類似于熱固性塑料。APA 6不是作為聚合物放入模具中，而是作為與聚合成高分子量熱塑性聚酰胺6(PA 6)的單體(ε-己內(nèi)酰胺)的反應(yīng)性混合物。
實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)3.3英尺長(zhǎng)的熱塑性復(fù)合材料葉片部分實(shí)物圖
APA 6被加工成低粘度液體，該液體經(jīng)歷輕微的放熱溫度激活反應(yīng)。該材料具有廣泛的加工范圍，并且可以用于類似于那些風(fēng)力葉片制造商所熟悉的熱固性注射工藝。由于粘度為10兆帕（環(huán)氧樹脂粘度的1/10），未反應(yīng)的混合物流入模具的速度比環(huán)氧樹脂快得多，而且固化形成聚合物的速度也快得多。由于未反應(yīng)的APA-6的粘度比環(huán)氧樹脂低10倍，所以在厚層壓板中沒有浸濕和壓實(shí)的問題。研究人員已經(jīng)將APA-6疊壓到50毫米（約2英寸）厚，并取得了良好的效果。
玻璃纖維上采用特殊的化學(xué)施膠劑，用于反應(yīng)性熱塑性塑料與增強(qiáng)纖維形成化學(xué)鍵。這會(huì)產(chǎn)生更好的纖維與基體的結(jié)合。在普通的熱塑性塑料中，聚合物在玻璃纖維周圍固化，而與玻璃的唯一結(jié)合是由收縮引起的。因此，纖維周圍只有機(jī)械鎖定。
隨著新的施膠，材料不僅變得更強(qiáng)，而且更緊密的化學(xué)鍵也形成更強(qiáng)的防水屏障。因此，成品消耗更少的水，即使飽和時(shí)，機(jī)械性能也保持在環(huán)氧樹脂的水平。
即使沒有優(yōu)化纖維尺寸，APA-6與環(huán)氧樹脂在玻璃纖維層壓板的靜態(tài)性能上相比具有很好的可比性。它在動(dòng)態(tài)疲勞性能方面也優(yōu)于熔融處理的PA-6（尼龍），同時(shí)與韌性相匹配，獲得了較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提高了疲勞強(qiáng)度。
而且，高品質(zhì)的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）結(jié)構(gòu)泡沫已經(jīng)投入到風(fēng)能市場(chǎng)。新的基于巴斯夫的Keldn PET結(jié)構(gòu)泡沫是高性能泡沫，其形式為可用于轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)的面板，以提供額外的穩(wěn)定性。Kerdyn具有耐高溫性和良好的耐化學(xué)性，非常適合用于復(fù)合材料。
KydN-PET泡沫（藍(lán)色）和BaxdODO環(huán)氧體系（棕色）的顯微圖
在上述顯微鏡圖像中所示的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)由Keldn PET泡沫和BaxxODUR環(huán)氧體系組成。它們使轉(zhuǎn)子葉片更大，更耐用，并有助于風(fēng)能更有效。
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)包括：
良好的機(jī)械性能（壓縮/剪切）
由于耐高溫和耐化學(xué)腐蝕而具有廣泛的工藝兼容性
適用于注射、預(yù)浸料和樹脂傳遞模塑（RTM）技術(shù)，以及混合生產(chǎn)工藝。
與各種樹脂系統(tǒng)兼容
輕型高效復(fù)合材料結(jié)構(gòu)
為了保證足夠的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)泡沫必須在由陣風(fēng)引起的恒定應(yīng)變下加入。風(fēng)力渦輪機(jī)上的轉(zhuǎn)子葉片絕不是剛性的—為了承受力，適當(dāng)?shù)娜犴g度是必不可少的。Kydn特性使它能夠承受靜態(tài)和動(dòng)態(tài)負(fù)載。
為了給更大的轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行真空注入，BASF開發(fā)了Baxodur環(huán)氧樹脂系統(tǒng)5100，該系統(tǒng)由Baxores ER 5100樹脂和Baxodur EC 5120硬化劑組成。這種新的低粘度體系不僅導(dǎo)致纖維快速和完全浸漬，而且提供了比標(biāo)準(zhǔn)體系長(zhǎng)得多的加工時(shí)間。
最后，著眼于熱固性材料的進(jìn)步，一種新型的風(fēng)葉保護(hù)涂層正在商業(yè)化。在風(fēng)力工業(yè)中，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到風(fēng)力葉片前緣的侵蝕會(huì)對(duì)渦輪機(jī)輸出造成嚴(yán)重影響。
旋轉(zhuǎn)到250英里每小時(shí)，風(fēng)力葉片面對(duì)雨，冰雹，鹽霧和其他碎片造成的侵蝕，特別是離岸或沙漠地區(qū)。隨著時(shí)間的推移，這些葉片會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕，刨削和分層。
根據(jù)3M公司與伊利諾伊大學(xué)合作進(jìn)行的研究，侵蝕會(huì)影響空氣動(dòng)力學(xué)效率，并導(dǎo)致每年20%或更多的能源生產(chǎn)損失。這最終會(huì)導(dǎo)致昂貴的風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)時(shí)間。由雙組分聚氨酯3M公司最近引進(jìn)的風(fēng)葉防護(hù)涂層W4600提供了比現(xiàn)有傳統(tǒng)涂層長(zhǎng)2-3倍的葉片防護(hù)。
風(fēng)葉邊緣受保護(hù)（左）和無(wú)保護(hù)（中心，右）表面效果
該材料是彈性雙組分聚氨酯涂層，提供優(yōu)異的防腐蝕性能，以幫助防止和修復(fù)風(fēng)力葉片的前緣侵蝕。葉片修理和保護(hù)可以幫助提供顯著的年度能源生產(chǎn)改進(jìn)，減少成本高昂的停工期和保護(hù)葉片的完整性。
它被設(shè)計(jì)為原始設(shè)備制造商（OEM）設(shè)施中的單層應(yīng)用，簡(jiǎn)單用于刷子或鑄件。在制造過(guò)程中應(yīng)用前沿保護(hù)的小幅增加成本在給定風(fēng)力田的整個(gè)生命周期中都是值得的。
3M還生產(chǎn)由堅(jiān)韌、耐磨的聚氨酯彈性體構(gòu)成的“防風(fēng)帶”，可以保護(hù)前緣和表面免受點(diǎn)蝕、磨損和水侵入。（文章來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
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