碳纤维在叶片领域应用的新进展
碳纤维是一种兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征的化工新材料,是新一代的增强纤维。它的密度不到钢的1/4,但抗拉强度却是钢的7~9倍,抗拉弹性也高于钢;与传统的玻璃纤维(GF)相比,杨氏模量(指表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量)是其3倍多;与凯芙拉纤维(KF-49)相比,不仅杨氏模量是其2倍左右,而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀,耐蚀性出类拔萃。正是由于兼具优异性能,碳纤维在国防和民用领域均有广泛的应用前景。
碳纤维是指含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性,在国防、军工和民用方面都是重要材料。
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。高性能碳纤维是制造先进复合材料重要的增强材料,是发展国防军工与国民经济的重要战略物资,在当今高速工业化的大背景下,碳纤维用途正趋向多样化、核心化。
由于碳纤维神秘的面纱尚未完全揭开,人们现在还不能直接用碳或石墨来制取,只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)为原料,将有机纤维与塑料树脂结合在一起炭化制得碳纤维。根据原料及生产方式不同,碳纤维主要分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、黏胶基碳纤维等。
碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育休闲用品外,汽车构件、风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也正在兴起。待开发市场有压力容器、医疗器械、海洋开发、新能源等领域.
风力发电叶片
风能发电成本低廉,已成为人类开发新能源的重要领域。预计未来5年,风能发电的市场需求将以每年l 5%~20%的速度增长。风电应用将推动大丝束(24K)碳纤维产量的增长。对清洁能源的需求还将促进终端产品制造商的持续投资。近年来,虽然风力发电产业发展很快,但风力发电装备的关键部件(叶片)多使用玻璃纤维增强材料(GFRP)制造,难于满足叶片尺寸加大对刚性的要求。碳纤维增强材料(CFRP)在叶片上的应用,无疑将促进风能发电产业的发展。
到2010年碳纤维在风机叶片中的应用,将成为继航空航天后的第二大应用。欧洲和亚洲在这一领域远远于美国。风机装机容量的增长速度正在加快,高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。2008年,新的风机装机容量大约为19000MW。如果风机的平均容量为2.5MW,那么就需要安装7600台风机。叶片数量预计为22800片。
就风能系统而言,丹麦风机生产商维斯塔斯(Vestas)预测,到2020年的电力消耗量中,风电的份额高将达到10%。该公司在风机叶片的载荷加强杆中使用碳纤维,目前为止已经安装了近3.4万套的风机系统。目前风能发电装机容量的增长速度正在加快,高碳纤维含量的长叶片制成的大容量风机将成为主要趋势。








































