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2012/4/2 碳纤维复合材料在风机叶片上应用

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随着风力发电设备的大型化,要求减轻设备负荷,对此要求采用适应于大型叶片轻量化和高刚性化的CFS,对此除已大量采用的大丝束PAN基体CF外,公司已正式生产销售高性能CF制的风电大型圆柱翼根,通过在螺旋圆柱翼上所安装的螺旋状叶片,可使风车高效捕风并旋转,而且噪音等级极低。

目前瑞典复合材料研究所及OXCONAB公司开发了能将12K~48KCF展开成超薄的扁带,再经纬纱方式编织成织物,它极适用于单向交叉铺层,经测试其CFRP性能与采用1K~6KCF相同。这种技术的开发无疑有助于大丝束CF的扩大应用。德国SGL集团的大丝束PAN-CF也将从2008年的7400T/A,扩大到2010年的14000T/A。由于我国风电的需求量很大,许多国际知名企业都相继登陆中国,这将大大提升我国风电的技术水平,但同时又将加剧企业间的竞争。

德国拜耳材料科学公司现正着手建设世界最大的多层碳纳米管的生产装置,规模为200T/A,商品名为“BAYTUBES”,其纯度超过95%,而且可以稳定再现。用它增强的塑料或金属铝,力学强度高,与以往的材料相比,密度是钢铁的1/3而强度相当,质量却只有钢的50%,因此可改善能效和CO2排放量的平衡。在风力发电领域,若在大型CF与玻璃纤维增强的环氧树脂叶片中加入上述MWCNT,则与未加入CNT的材料相比,达到同样的强度时,质量减轻30%,抗冲击强度提高10%~30%,耐疲劳性也提高50%~200%,耐久性好,可延长叶片的寿命。为此,该公司正与加拿大阿尔基安公司、德国PEAK及ZOZ公司协作来开拓各方面的市场,预期10年内的销售额目标为20亿美元。

2005~2008年全球CF风电叶片的平均增长率为11808.6MW/A,相当于每年增设5,904座2MW风机。若2KW风电机组每片叶片以12T计,需玻纤6T,CF占10%,则每片叶片的CF用量为0.6T,每座风机需1.8TCF,则年均需求量估计为10,627T。