两种主流夹芯材料在风机叶片上应用概述
目前,用于风电行业风机叶片的主流夹芯材料有两种,一种是交联PVC泡沫,另一种是BALSA轻木。交联PVC泡沫芯材是一种化工材料,而BALSA轻木是纯天然的一种绿色环保材料,由于其重量极轻的特点,目前被广泛应用于风电行业和造船上,但又由于BALSA材料种植条件非常苛刻,需求量大,因此造成了一种供不应求的局面。
用BALSA轻木作风机叶片的夹芯材料
BALSA轻木本身是一种类似微孔的蜂窝结构,用于叶片的一般会在轻木两个表面专用处理剂涂刷封孔,防止树脂渗入轻木内部。BALSA轻木夹芯在生产和使用等各个环节中要特别注意防潮,在储存和运输过程中应始终保持塑料密闭包装,好在使用时现场拆包,否则容易吸水,导致重量上升,影响树脂的固化以及夹芯材料和面板的粘接。轻木夹芯一般都是通过机械处理使其由刚性轻木板变成可以铺放在曲面上的柔性板。
BALSA轻木的强度重量比远高于同等密度的泡沫夹芯材料,但市场上轻木夹芯材料的密度一般都在90kg/m3以上,所以多用于载荷较大的靠近叶根的部分。
典型的设计方案是,把强度较高的BALSA轻木(密度为150kg/m3)用于承受载荷较大的靠近叶根的部位,交联PVC泡沫(密度为60kg/m3)用于承载较小的靠近叶尖的部位,从叶根向叶尖方向,夹芯材料的厚度逐渐减小。也有个别生产风机叶片的厂家只使用BALSA轻木或PVC泡沫。
天然产品BALSA轻木是一种可再生的自然资源,且力学性能极佳,若能开发出更低密度的轻木产品,其在风机叶片上的应用将有更大作为。
用PVC泡沫作风机叶片的夹芯材料
目前,风机叶片用PVC泡沫也是十分广泛。PVC泡沫的细胞结构都是闭孔结构,可以有效地防止树脂被吸入泡沫内部从而导致增加叶片的重量。由于风机叶片的前缘和后缘均为壳体,所以在使用前要对泡沫板进行特别的处理,这种处理方法有两种:热处理和机械处理。
热处理,即利用泡沫在一定温度可以变软的特性,在使用前将泡沫加热到特定的温度,配以适当的工装将泡沫塑造成和叶片对应位置相一致的曲面,然后再铺放在叶片上。
机械处理,即对泡沫进行单面切割,将一块泡沫分割成许多小块,未切割的面用玻璃纤维织物粘贴以保证小块不散落。
热处理操作比较复杂,对不同的曲面形状要求使用不同的工装,其优点在于未经切割、没有沟槽,不会吸收多余的树脂;机械处理需要专门的机器进行切割,通用性好,生产效率高,对任何部位都可使用一种规格的切割方法,但其沟槽内将会充满树脂,带来叶片重量的增加。两种方法各有优势,但目前常用的是机械处理法。
PVC泡沫的性能稳定,质地均匀,同一牌号的泡沫其力学性能与密度基本成线性关系。但其强度重量比不及BALSA轻木,所以多用于载荷较小的靠近叶尖部分。
用于风机叶片的夹芯材料还有很多,目前更多的叶片夹芯材料正向着提高性价比和促进环保的方向发展。例如PET泡沫,其力学性能比PVC泡沫差,但它可循环使用,生产过程不会产生温室气体,价格比PVC泡沫低。通过增加“三明治”夹层结构夹芯材料的厚度来弥补性能稍差的弱点,通过合量的计算分析,可以找寻到重量、成本和性能的佳结合点。若能通过改进配方或生产工艺来提高现有PET泡沫的力学性能,将更能显示出其在风机叶片上的应用优势。








































