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環氧樹脂體系在風力機中的應用、回收與更新

董永祺
(建材情報所,北京100024)   

摘  要

這是系列文章之三。前兩篇只介紹國外環氧樹脂體系在風力機葉片中的應用。基于風電業飛速發展的需求,本文則擴大了視野和探討內容,分為四部分:一、新近環氧樹脂體系在風力機葉片、機艙罩和葉片模具中的應用;二、FRP葉片的材料回收與更新近況;三、介紹兩種新穎的FRP成型工藝;四、小結。全文中FRP在葉片、葉片模具中的應用是重點;新的、環保材料—熱塑性復合材料是葉片材料的發展方向;FRP葉片的材料回收、“正運行葉片破損自修復環氧樹脂體系”是發展動向;“修復召回有瑕疵葉片的實例”是輿論熱點。

關鍵詞:風力機葉片  環氧樹脂  預浸料  粘結劑  自修復材料  回收

1 概 述

風電屬極具發展潛力、發展最快的可再生能源。“目前,世界最大風力機的輸出功率達6MW(葉輪直徑126m,葉片長61.5m)、” [1] 7 MW(GE公司)甚至10 MW(英國正在試制)。[2]風力機葉片起著將風能轉化為電能的作用,是風力機的關鍵構件。目前,葉片一般采用環氧復合材料(碳纖維或玻纖/環氧樹脂)加工。隨著風電業的迅猛發展,葉片的復合材料[注]消耗量逐年遞增([注]:以環氧復合材料為主——筆者注):以印度風力機葉片的復合材料消耗量為例(見表1),2008年為2.596萬t, 2006~2009年的增長率約28%;“我國2007年約7萬t,年增長率約80%”[3]。隨著風力機、樹脂生產實踐和科技的發展,環氧復合材料除了廣泛用于加工葉片外,還加工葉片的模具和機艙罩、驅動軸,新近還出現了用于修復葉片的新趨勢,等等,不一而足——真可謂不可或缺、用途廣矣!

表1  印度風電機葉片的復合材料消耗量[4]

年份

2006

2007

2008(估計)

2009(預計)

消耗量(千t)

15.79

20.27

25.96

33.20

年增長率(%)

--

28.3

28.1

27.9

復合材料總耗量比率(%)

14.6

16.3

18.1

20.3

 

2 制造葉片用環氧樹脂體系與成型工藝

2.1 環氧樹脂、預浸料

乘風電業迅猛發展的大好形勢,“世界頂級化工公司——德國BASF公司和美國Dow Epoxy System公司,都瞄準了風力機葉片市場,紛紛競相推出葉片用環氧復合材料配套系列產品。”[5]

最近,江蘇泰州市惠利電子材料有限公司與山東大學合作,研制成環氧樹脂澆注料——葉片專用樹脂[注]。該材料有7項性能指標達到或超過國外同類產品,質優、價格低于進口貨,今年6月投產,預計明年產量達1 500t/a ([注]:此前,該樹脂我國依賴進口)。[21] Risoe DTU公司宣布:幫助中國林業部門利用竹纖維(bamboo shreds)/環氧樹脂試制葉片。[6]

AIRSTONE system風力機葉片用環氧產品(美國Dow Epoxy System公司)的性能好,通過了德國勞埃德(Germanischer Lloyd,GL)認證;此外,還有模具用環氧樹脂、粘結劑等。其適用的成型工藝很多,如:真空灌注、濕法手糊等。真空灌注用低粘度環氧樹脂的流動性極佳,可改善產品的力學性能、熱敏性能。該產品可使葉片更強韌、輕質、易于生產。另訊:AIRSTONE牌環氧樹脂、半成品有三種配方:①美國POLY-CARB Inc. 的配方;②美國GNS Technologies的配方;③德國UPPC AG的配方,可用于加工葉片;[2]該公司的Styrofoam牌絕緣材料也可用于加工葉片。[7]

瑞士Gurit公司推出兩種葉片用環氧預浸料:①Spar Prog牌單向纖維預浸料,用于加工氣泡少、質量高的厚層層壓板,生產效率高;②WE91L牌預浸料,放熱性低,低溫(如:80℃)固化或120℃/65分固化,21℃環境里的貯存期為60d。[8]

德國BASF公司與德國Leuna-Harze公司[注]簽約,合作生產葉片用環氧樹脂(已通過德國勞埃德認證),共同供應歐洲市場;同時也使BASF公司得到了長期原料供應的保障([注]:德國Leuna-Harze公司是歐洲領先的環氧樹脂制造商,其產品有:普通環氧樹脂、特種環氧樹脂(如:雙酚F環氧樹脂)和各種活性稀釋劑)。[1]目前BASF公司提供的葉片用雙組分環氧樹脂有:兩種浸漬環氧樹脂(infusion resin),一種層壓環氧樹脂。[8]

EPOVIA™乙烯基酯樹脂(Cray Valley公司和VVP公司)加工葉片的厚度5~15mm,長度達50m。層壓板里的GF(或CF)含量65~70%。跟環氧樹脂相比它的優點有:①物料的粘度較低:室溫110cps;35℃<50cps(環氧樹脂的物料則達1000cps);②固化性能較好,初始濕強度(initial green strength)尤佳。應該指出,濕強度對長條形復合材料制品(如:葉片、結構件)很關鍵。因為該制品必須經受住>120℃的后固化工藝(要求快速提高到最大固化速度和固化性能),模具材料每天必須在>120℃的高溫環境里暴露6~8h。該樹脂能快速提高濕強度,模具的成本也較低。總之,作為葉片的粘結基材,該樹脂優于市售普通環氧樹脂。[9]

2.2 輔助材料

拜耳公司利用CF/環氧樹脂、納米碳管填料等加工葉片,可使葉片長度超過60m,并大大減輕重量,例如:利用不到20kg新材料[納米碳管填料等——編者注],就可使葉片重量減輕3t。[10]

SGL集團把CF和其他高性能纖維制品等科學地應用到復合材料里,為設計理念開發出創新的、最佳解決方案,例如:把Sigrafil C牌碳纖維、UD預浸料用來增強葉片,效果很是理想。[11]

BASF公司生產Baxxodur牌葉片用環氧樹脂的固化劑、促進劑和添加劑。Baxxodur牌胺固化劑通過了德國勞埃德認證,將用于下一代環氧樹脂。[8]

XTEND牌葉片用水性脫模劑(美國Axel塑料研究試驗室),由Xtand WS-47水性密封膜(sealer)和Xtand W7838D表面無光脫模膜組成,環保,強度高(滿足環氧、不飽和聚酯樹脂成型工藝的要求)。密封膜和脫模膜都是噴射在室溫(或加熱)的模具型面上,可使制品產生無光表面。該劑具有阻燃、無氣味、快干、快固化的特性。[7]

2.3 芯 材

近來常州天晟新材料股份有限公司研制成Strucell結構泡沫芯材[注],以乙烯基聚合物為基礎,具有芳香酰胺聚合網絡修正的剛性交聯結構,剛度、強度、抗疲勞性和抗沖擊性都優良,耐多種化學物質,幾乎不吸水,隔音、隔熱;可與多種纖維復合結構加工成芯材(如:葉片的結構泡沫芯材)、夾芯復合材料。其性能達到國際先進水平,通過了GL認證([注]:此前,該芯材我國依賴進口)。[12]

AIREX牌芯材、BAALTEK牌巴爾薩木(balsa)(Alcan Composites公司)可用于加工葉片(另訊:Alcan Composites公司在上海Tang Zhen(唐鎮)工業區建成了“Alcan復合材料芯材中心”,具有AIREX牌芯材、BAALTEK巴爾薩木和其他芯材生產線。其目標是向中國和亞太地區提供主要用于風力機葉片的前沿復合材料芯材。)[13]瑞典利用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)做葉片芯材,可回收,回收料的性能、強度如初。[6]

2.4葉片殼體用環氧膠粘劑[14]

2.4.1概 述

從橫斷面看,葉片基本上是主梁加殼體(又稱:蒙皮)的結構形式,分為兩種:①整體葉片:主梁是方形斷面的整體箱型梁,整體殼體,利用環氧膠粘劑將二者膠合成整體;②分體葉片:主梁是兩根工字梁,有兩“半”殼體(上、下殼體),利用環氧膠粘劑將上、下殼體和兩根工字梁牢固地膠合成整體。

上述膠粘劑承受著極大載荷、工作環境惡劣,因此,其性能要求極高、苛刻。該劑一般選用觸變材料,如:雙組分(即:環氧樹脂+固化劑)粘結劑。工藝要求:當其涂敷厚度>20~30mm時,立即呈現非流掛(下垂)狀態(“non-slump ”properties),并持續到產生凝膠(或下一個固化工序)時都維持著初始狀態。

2.4.2 觸變膠粘劑

(1)“物理觸變”膠粘劑

往膠粘劑里添加觸變劑(如:氣相法白炭黑),可快速使物料呈現非流掛狀態(“non-slump ”texture)。當物料承受高剪切載荷(如:樹脂與固化劑混合、工藝操作)過程中,物料上的合成應力會降低它的粘度,導致物料膠凝以前,破壞伸長了的物料形態(extruded texture)。許多情況下,配料過程(mixture)會降低物料的結構性能。因此,只有除掉物料的應力時,方可進行配料工序——這是現行“物理觸變”為基礎的材料的缺陷和局限性之一。

雙組分材料的粘度很高,為了降低粘度,需采用高性能泵來進行輸送。由于受風力勁吹,風力機葉片才得以驅動、運行。這樣,勢必使葉片持續產生復雜、大的振動和扭曲。葉片殼體里的膠粘劑一旦產生破損跡象,就不能再承受應力,否則勢必使葉片內復合材料結構破壞、損毀以致葉片報廢。

(2)“化學觸變”膠粘劑

新穎“化學觸變”膠粘劑(專利),雙組份,二者混合時當添加特定的、表面有酸性物質(acid entities)的填料時,呈現高分子量陽離子聚合物質子化現象,系統即刻呈現物理交聯結構。該劑的粘度低,可以靠其自重(不用泵)進行輸送。當被涂敷在垂直面上,承受著高剪切應力狀態時,環氧樹脂和固化劑不會急劇改變各自的粘度。本研究有下述三種膠粘劑系統:

系統1:環氧樹脂+“化學觸變”型固化劑1;

系統2:環氧樹脂+“物理觸變”型固化劑2,后者添加了大量氣相法白炭黑堿性(based)觸變劑,它垂直面上的抗流掛性(sag resistance)與系統1相同;

系統3:環氧樹脂+“物理觸變”型固化劑3,后者添加了大量氣相法白炭黑堿性觸變劑,在低剪切率下它的初始混合粘度大約與系統1相當。

研究說明:經過不同剪切沖擊試驗(低剪切→高剪切→低剪切…)和應力恢復期后,“物理觸變”型系統的最終粘度較低;“化學觸變”型系統1剪切沖擊試驗前、后的粘度相同。顯然,上述兩種技術的應力恢復期是不同的。“化學觸變”型系統混合物料時產生應力恢復,涂敷后也立即產生(builds up)應力恢復。“物理觸變”型系統里添加觸變劑,可產生粘結結構(the structure created)。當承受高剪切率時,上述結構部分地被破壞,而且不能快速恢復。[14]

(3)納米粒子的協和效應

研究發現,環氧樹脂與一些特定的納米有機粒子相混合后,會產生協和效應——顯著提高材料的韌性。[14]某些納米粒子與特定固化劑混合后,顯著提高材料的韌性,但不降低熱性能,對初始粘度的沖擊也不大。[15]一般雙酚A環氧樹脂固化后較脆,溫度敏感性較高,力學和熱學性能較低。納米碳管具有獨特的物理性能:密度很小(鋼的1/6)、高強度(拉伸強度50~200GPa[鋼的100倍])、高模量(600 GPa)和優異的柔軟性,是前者的理想增強材料。這并不是有機相與無機相的簡單加和,而是納米碳管和環氧樹脂在納米范圍內結合形成,界面間存在較強或較弱的化學鍵,實現集無機、有機、納米粒子的諸多特異性能于一體的嶄新復合。納米碳管是強催化劑,可降低樹脂的反應溫度。當材料受力、破壞時,其優異的柔軟性可吸收能量,提高樹脂的強度。[27]Araldite™ EP1000AB新型納米增韌環氧膠粘劑(Huntsman公司),含特種分散型有機納米粒子(亞微級),可抑制微裂紋擴大,同時使連續固化的環氧基體耐高溫。選用特種固化劑,不用熱壓罐,低于100℃固化;室溫儲存期>6個月。力學性能優異,使用簡便,可用于粘結、修補葉片等。[16]

2.5新穎的FRP成型工藝

2.5.1微波固化工藝

微波固化具有獨特的“場效應”和快速“體加熱”特性,因而粘結劑固化速度快且均勻、粘結質量高,在快速修復飛機等航空裝備中具有巨大潛力。 [28]FRP葉片、葉片模具的厚度和面積都較大,因此,物料固化過程中熱量散布困難且不均勻,傳統的固化工藝(電加熱原理)無法快速而均勻地把熱量傳遞到物料內部。德國ITC(弗勞恩霍夫化學研究所)利用樹脂可吸收微波的原理,研究成用于碳纖維復合材料的微波固化工藝。研究說明,微波加熱的復合材料物料的粘度較低,使其室溫下變硬速度較慢,纖維更易融入樹脂基體里,工藝修正時間很寬裕。該工藝的效率高、制品質優,廢品、污染物極少,但對固化物件的安放位置要求精準、嚴格。[17]

2.5.2快步工藝(quickstep)[18]

快步工藝(西澳大利亞尼爾·格拉哈姆發明),利用流體(如:水)的熱傳導,通過流體震動,工作壓力1~4磅/英尺2,高壓爐的工作壓力60~200磅/英尺2,屬獨特的充液、平衡壓力、流動塑造工藝。加工時間約1h,可加工層壓板、蜂窩式和泡沫芯夾層結構等制品。制品里的纖維含量很高(>70%),孔隙含量極少,質量和性能優異。

3 修復葉片用環氧樹脂體系

3.1正運行葉片破損自修復環氧樹脂體系

3.1.1概 述

由于風力機的安裝高度很高,人手根本夠不著,而且葉片正處于運轉狀態,若葉片出現破損[注],根本不可能進行修復([注]:風力機葉片在野外長年累月運轉,不僅承受著強大的風載荷,還經受著大氣沖刷、砂石粒子沖擊、強烈的紫外線照射等惡劣環境侵蝕,從而老化、折斷、分離以致破壞。[19])。其唯一根本的解決方案就是:葉片(具體地說葉片殼體表層)材料自身具有自修復功能機制。這里所指的“破損”只限于肉眼不能明顯察覺的裂紋、微孔、表皮瑕疵。該瑕疵雖然微小,若不及時修復,在惡劣環境腐蝕、紫外線照射下,勢必擴大、蔓延以致破壞整個葉片,釀成風力發電嚴重事故。

3.1.2自修復環氧樹脂體系

英國Bristol大學宇航工程系與Hexcel Composites公司,共同研制成葉片自修復技術(模擬修復技術)[注]。葉片材料是CF/環氧樹脂。葉片殼體表層里面鑲嵌著許多粗空心玻纖,空心玻纖里盛著環氧樹脂體系(環氧樹脂、潛伏性固化劑和抗紫外線劑等)。當葉片殼體表面出現肉眼不能明顯察覺的裂紋、微孔、表皮瑕疵時,空心玻纖里盛的環氧體系立即溢出,彌封住裂紋(或微孔),進而蔓延、覆蓋著破損區域。此刻,環氧樹脂與潛伏性固化劑和抗紫外線劑互相摻混,產生固化反應而固化。從而使葉片的結構整體性得以恢復,達到葉片原始強度的80~90%([注]:此外,該技術主要用于修復飛機、宇宙飛船、汽車等)。預計,該技術將在宇宙飛船上會很快推廣應用,未來5年內將商業化。另外,美國伊利諾伊大學已進行了類似的研制項目,但選材不同:樹脂是雙環戊二烯,潛伏性固化劑含稀有金屬釕。[20]

瑞士GURIT公司和Composites One公司共同研制成一種修復材料—修復正運行的風力機葉片的一般性破損,其性能優異已獲得德國勞埃德(GL)、Det Norske Veritas(DNV)、OEM的審批。預計很快會在美國風電葉片業推廣應用。[21]

3.2 修復召回有瑕疵葉片的實例

印度Suzlon Energy Ltd公司是印度最大的風力機制造公司。它在美國生產的一些S88牌功率為2.1MW、三葉式風力機葉片,被發現存在裂紋、瑕疵的嚴重事故,于是決定“召回”——必須立即解決葉片的結構強度問題。估計此召回需耗資2 500萬美元,修復時間超過6個月。共計召回1 251片(417套[注]):其中930片(310套)已經安裝在風力機上;其余(321片[107套])則正在運輸中或倉庫里([注]:三葉式風力機是三片(一套)葉片安裝一臺風力機)。[22]

4 葉片模具用環氧樹脂體系

4.1葉片模具用環氧粘結劑、預浸料

環氧樹脂滿足高溫模具和灌注成型工藝要求,最適合用于加工葉片的模具,例如:①美國Dow Epoxy System公司生產的AIRSTONE system環氧樹脂、粘結劑等[1];②有的葉片模具的上、下模是灌注成型玻纖(或碳纖維)織物/環氧樹脂——瑞士Solent復合材料公司(SCS)(現稱:Gurit公司)。環氧樹脂還可用作葉片模具的表面膠衣——Sika公司。[15]

Amber復合材料公司于2008年9月選用經特殊設計納米改性低溫固化環氧樹脂體系,推出HX90N牌模具[注]用預浸料([注]:鋁、環氧樹脂等不同材料的模具),可提高模具表面的平整度、光潔度和無點蝕,從而縮短模具達到A級表面精度的時間,延長模具的有效使用期。它具有極好的流掛(下垂)性,使用方便,易于成型復雜形狀制品。[23]

4.2 葉片模具用環氧膠粘劑

BC5009新型低粘度環氧膠粘劑/積層樹脂(BBC公司),用于模具、零件的粘結。材料里含著色劑[注],無填料,高性能、易操作,適用期30min([注]:起著膠粘劑厚度[顏色]指示作用)。[24]

5 風力機環氧樹脂復合材料機艙罩、整流罩

利用環氧樹脂復合材料的優異性能,研制成1.5MW大型風力機的機艙罩、整流罩,并實現了產業化批量生產。[25]風力機3D夾層結構復合材料機艙罩,采用三維(3D)夾層結構復合材料、Ω型(或T型)加強筋,該罩的重量比實心結構復合材料機艙罩輕40%~50%,強度很富裕,軸向壓力穩定性很好,有效使用期30a。[26]

6  FRP葉片的材料回收與更新近況[6]

6.1 概 述

熱固性樹脂(如:環氧樹脂等)固有的重要本性是:固化后成為不溶不熔、網狀、體形結構,堅硬且受熱不再變軟,不可回收,成為一個嚴重污染源——當今世界亟待攻克的環保課題之一。纖維增強熱固性樹脂(FRP俗稱玻璃鋼)里含有大量(約30%)熱固性樹脂,因而具有上述污染性能。從環保、長遠觀點看,熱固性樹脂、FRP的發展前景黯淡,純屬“夕陽材料”;惟有熱塑性樹脂、FRTP才是發展方向!

當今風電業突飛猛進,眼下世界風電量是1980年的10倍;同時,風電葉輪直徑超過60m,增長了8倍。風力機葉片的材料消耗量很大,例如:按風力機裝機容量計算,每KW的葉片材料重量為10kg;按風力機輸出功率計算,每MW的葉片材料重量為10t(原文的數據:每7.5MW的葉片材料重量為75t)。Albers預計:2034年世界回收葉片材料約22.5萬t/a。另一專家預測:2040年世界回收纖維增強復合材料約38萬t/a。[6]

風電業起步較晚,再有FRP葉片的有效服務期為20~25年。因此,目前絕大部分葉片離退役還早呢!然而,未雨綢謀,一些發達國家眼下就進行了許多關于FRP葉片的材料回收與更新的研究、探討。實踐說明,回收纖維不應再充當葉片的增強纖維,因為后者的性能要求極高、苛刻。報廢FRP葉片大致分為兩大類:①葉片生產、運輸、倉貯、運行過程中產生,又修復不好的次品;②到期退役的葉片。目前,世界范圍內廢FRP葉片的量還很小,例如:目前丹麥每年廢FRP葉片僅500t/a [注],可見一般([注:] 目前丹麥每年廢FRP總量約5 000t/a, 其中來自FRP行業報廢的4 000t/a、廢FRP葉片500t/a、廢玻纖500t/a。)!顯然,目前FRP葉片市場尚處于孕育、培養過程中;也沒有適用于全歐洲的有關回收FRP葉片的法律。有專家預測:15~20年后將出現FRP葉片報廢、回收高峰期。

6.2  FRP葉片回收工藝

FRP葉片回收工藝大致有三種:填埋法、焚化法和回收法。

6.2.1填埋法

直接把廢FRP葉片埋到地下。簡單易行,成本極低,但占據地盤(土地不可再生),污染源依然如故,只不過被一層薄土掩蓋住了而已。因此2005年6月德國頒布了禁止填埋FRP的法令。當今丹麥大部分廢FRP葉片都填埋掉。1995年丹麥通過了禁止填埋、丟棄汽車輪胎的法律,于是回收廢輪胎行業應運而生。該國人民呼吁將該法律套用到廢FRP上,但政府卻答復:這難題讓市場去解決吧!

6.2.2 焚化法

把廢FRP葉片焚燒掉(如:在熱電廠焚燒)。所產可燃物質可用于發電和回收熱能,產的殘渣率約60%,殘渣中的玻纖可作FRP填料。

6.2.3 回收法

回收法可分為物理回收和化學回收。

(1)物理回收

2003~2005年歐洲有的研究單位進行了機械回收FRP(包括FRP葉片)研究:把FRP研磨碎,回收纖維被再利用。丹麥Erik Grove-Nielsen公司機械回收FRP:擠壓廢FRP,回收纖維的拉伸強度不會降低。

REACT國際協會設計、研制能加工出理想規格纖維的(fit-for-purpose-size-reduction)混雜纖維梳散機(a hybrid shredder),其產量約2.5t/d。其原理、工序是:①用錘猛擊廢FRP,使樹脂與纖維剝離,確保纖維(指回收纖維,下同)長15~25mm,且內傷最小(“minimal internal damage”);②纖維再生工藝(a reactivation):用新化學粘結劑處理纖維表面,從而提高它與新基材的粘結性能;③清除纖維表面的雜質(雜質會降低纖維與基材的粘結性);④纖維按長度分等級。

(2)化學回收

化學回收有溶劑溶解工藝和高溫分解工藝等。下面試舉后者的一個實例。

丹麥ReFiber公司的高溫分解與氣化工藝(pyrolysis and gasification):將廢FRP連續喂入無氧回轉焚化爐(oxygen-free rotating oven),廢FRP在無氧氣氛中高溫(500℃)焚化后,所產合成煤氣(synthetic gas, 廢FRP里樹脂焚化產物)用于發電或供應焚化爐;回收GF與少量PP纖維混合后喂入加熱爐,PP纖維熔化并涂敷GF表面,成為穩定的保溫板坯(stable insulation slab)。另外,利用高溫分解工藝,從CF/環氧預浸料回收的CF,與原始值相比,其彈性模量不變,最大拉伸強度下降5%。[6]

6.3  FRP葉片的材料更新近況

一般地說,FRP葉片污染環境的解決辦法就是:材料更新換代——用熱塑性樹脂取代傳統的熱固性樹脂來加工葉片。“熱塑性樹脂及其復合材料(FRTP)可以回收且輕(跟環氧樹脂相比),但易發生蠕變,用膠粘劑膠結FRTP殼體比較困難。因此,不適于加工大型風電機葉片。”[2]實踐說明,用普通FRTP加工小功率(如:5KW)葉片,可以勝任;但加工更大功率(如:MW級)的葉片就成問題——這就必須選用高性能FRTP加工。這也就是說,傳統FRP葉片材料的更新換代,必須進行一系列科學實驗、研究——系統工程,方能成功。下面試舉實例:例一:“Gaoth Teo、三菱重工和Cyclics公司合作,選用CBT™樹脂(低粘度工程熱塑性樹脂)、無害環氧樹脂和一種增強型添加劑等,破天荒地研制成可回收[注]、長12.6m風力機葉片。([注]:平均每臺風力機回收葉片材料19t)”[2]例二:瑞典利用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)做葉片芯材。PET可回收,而且回收料的性能、強度如初。例三:Risoe DTU公司宣布:幫助中國林業部門利用竹纖維(bamboo shreds)/環氧樹脂試制葉片。后來,因環氧樹脂不可回收,又希望進一步用生物粘結劑(bio-based adhesive)取代上述環氧樹脂。[6]

7  小 結

拋磚引玉,綜上所述可粗淺地得出以下幾點管見:

(1)風力機葉片在野外長年累月運轉,不僅承受著強大的風載荷,還經受著大氣沖刷、砂石粒子沖擊、強烈的紫外線照射等惡劣環境侵蝕,從而導致老化、折斷、分離以致破壞、報廢。作為受力構件,在整個有效使用期(一般使用壽命為20~25年)內,不允許出現折斷、分離嚴重質量事故。[19] 風力機葉片業界科技人員的責任就是:明察秋毫、防微杜漸、確保杜絕上述事故的發生。上述S88牌風力機葉片召回事件,其數量之大、情節之嚴重、損失之慘重,實屬世界風電葉片發展史罕見?!前車覆,后車誡!

(2)科技發展具有其固有的客觀發展規律,同時人的主觀能動性能也促進科技的發展進程。風力機葉片自修復技術、材料實屬新穎、前沿科技。目前,我國風電葉片業正處于消化、研制的歷史階段,自顧不暇,尚未邁入葉片自修復歷史進程的門檻。見先進就學。因此,我國有必要對此予以特別關注、學習、研究,以求快速追趕該領域的先進水平。

(3)目前,我國大型風力機葉片的主要原材料(包括環氧樹脂—筆者注)還依賴進口,材料的開發能力較低,不適應發展要求,阻礙葉片的快速發展,亟待突破這一瓶頸。[19]

(4)從環保、長遠觀點看,熱固性樹脂、FRP的發展前景黯淡,純屬“夕陽材料”;惟有熱塑性樹脂、FRTP才是發展方向!上面§6介紹了國外回收FRP葉片近況。相比之下我國在這方面的差距很大。風電業突飛猛進,時不我待,是時候了,我國該把“FRP葉片回收課題”和“FRTP葉片研制課題”提到議事日程上啦!

參  考  文  獻

[1]  REpower 向RWE Innogy供應海上風電機,玻璃鋼信息要聞2009(3)2

[2]  謝曉芳等:國外風力機葉片材料的新進展,玻璃鋼2006(4)21-25

[3]  呂琴:中國復合材料行業2008年經濟運行情況,纖維復合材料2008(4)4-6

[4]  Indian composites industry makes progress, Reinforced Plastics 2008(4)26-31

[5]  李麗娟等,2007-2008年國外環氧樹脂工業發展,熱固性樹脂2009(1)49-57

[6]  Recycling wind; Reinforced Plastics 2009(1/2)20-25

[7]  Mold release system for wind blades, Plastics Technology 2008(4)28

[8]  Suppliers focus on improving productivity of blade producers, Reinforced Plastics

2008(5)34-37

[9]  Bright future for vinyl ester resins in corrosion applications; Reinforced Plastics 2009(5)34-37

[10] 錢伯章:新能源材料研發在加速,玻璃鋼信息要聞2009(1)2

[11] 史興華:創新的高性能解決方案,玻璃鋼信息要聞2009(1)2

[12] 危麗瓊:風機葉片骨架芯材有了“中國制造”,玻璃鋼信息要聞2009(4)2-3

[13] Alcan opens Chinese core materials centre, Reinforced Plastics 2008(5)16

[14] Adhesives for bonding wind turbine blades; Reinforced Plastics 2009(1/2)26-29

[15] Advanced materials for turbine blade manufacture, Reinforced Plastics 2007(4)22-24

[16] 王工:新型納米技術膠粘劑,玻璃鋼信息要聞2009(6)3-4

[17] 錢伯章:碳纖維增強塑料加工可用微波技術,玻璃鋼信息要聞2009(5)4

[18] 毛彭齡:高性能復合材料制造新工藝,玻璃鋼2009(2)46

[19] 羅慧敏等,我國大型風力發電葉片產業的現狀分析,玻璃鋼2008(4)1-5

[20] Self-repairing aircraft, Reinforced Plastics 2008(6)8

[21] Blade repair range and user-guide, Reinforced Plastics 2008(7/8)18

[22] Suzlon starts blade retrofit for S88 turbines, Reinforced Plastics 2008(5)17

[23] 史興華,納米改性模具預浸料,玻璃鋼2008(4)17

[24] 王工:新型低粘度環氧膠粘劑/積層樹脂,玻璃鋼信息要聞2009(5)3

[25] 春勝利:兆瓦級風力發電機復合材料機艙罩的研制,玻璃鋼2007(2)10-13

[26] 周祝林等:3D夾層結構復合材料風電用機艙罩設計計算,玻璃鋼2009(2)1-8

[27] SAMPE分會:納米碳管/環氧復材性能研究,玻璃鋼2008(1)43-34

[28] 代永朝:飛機微波固化粘接修補技術試驗研究,粘接2008(6)38-41

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