风电能源促进树脂和纤维产业的发展

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1、风电能源促进树脂和纤维产业的发展风电能源促进树脂和纤维产业的发展 现今，人们对风能的期待，使风机叶片成为复合材料应用领域里的热点。大容量风能发 电机的建设，特别是在美国、中国和西班牙的项目，极大地推动了全球复合材料产业的发 展。在过去的 10 年里，全球风能市场每年增长 23%。据塑料、复合材料及其他工业品市 场咨询公司 Lucintel 的项目经理 Charles Kazmierski 预计，到 2012 年，全球风能市场对复 合材料的需求将达到 60 亿美元。 这种向上的增长给树脂供应商、增强材料供应商以及核心材料如夹芯材料和 PVC 泡沫 供应商带来了极大的动力。“材料供应商已将目光投向

2、能够满足风力涡轮机要求的材料质量 上，而且供货的目标是满足全球制造商的要求。以前这只是集中在欧洲的某一个领域，而 现在却已经成为全球性的产业。”环氧树脂供应商 Hexion 特殊化学品公司全球市场开发总 监 Paul Langemeier 解释说。 在叶片中，玻纤的重量占总重量的 70%75%，根据空气动力学设计的叶片能够满足非 常苛刻的机械强度要求，如高刚性和抗扭转、抗疲劳性能。在 20 年的设计寿命内，叶片可 在很宽的温度范围内承受高静态和动态载荷。一般，1.5MW 的涡轮机长 3540m，重达 67t。E（无碱）玻纤更多用于增强。由于碳纤维成本太高，因此它更多用于刚性要求高 且重量轻的长

3、叶片制造中。 环氧树脂和聚酯以及含量更低的乙烯基脂占据了早期的叶片市场，但是环氧树脂的增长 速度更快。聚酯易于加工、价格低廉，不过环氧树脂机械性能更好，特别是拉伸和弯曲强 度。使用环氧树脂可以制成超过 26m 长的叶片。与环氧树脂不同，聚酯无需后固化，但是 叶片更重。 LM 使用真空注射成型法，并采用被称为“智能工程”的技术生产聚酯风机叶片。这比环 氧树脂叶片成本低，并且性能仍然保持在很高的水平上。“该工艺经过优化，能够生产出强 度高、均一性好的层状制品，同时硬化速度快，可将生产周期减少几个小时。”该公司市场 传播经理 Steen Broust Nielsen 说。 TPI 使用其 SCRIM

4、P 专利技术，这是一种真空注射成型技术。与传统技术相比，采用 SCRIMP 工艺生产的制品据说纤维含量更高。TPI 宣称，其叶片的玻纤/树脂比例为 70：30 或者更高，而一般的叶片为 50：50。因此新叶片更轻、强度更高。 叶片制造商正在寻找新的原材料，以提高产量、降低成型周期及削减成本。来自陶氏环 氧树脂公司的 Airstone 环氧树脂体系和硬化剂拓宽了陶氏在风机叶片上的产品线。陶氏全 球风能技术总裁 Bernd Hoevel 表示，陶氏希望能够提高这个市场的占有率，为特殊要求的 叶片生产定制环氧树脂配方体系。陶氏的 780 E 环氧树脂的储存期更长、固化更快且成型 周期更短。 Hexi

5、on 与客户合作开发新产品，以降低叶片重量、改善机械性能及提高生产效率。同时， Huntsman 先进材料公司正在开发新的环氧树脂，以使叶片具有更好的抗裂纹性能和抗老化 性能。对于粘接叶片而言，环氧树脂胶黏剂也占据统治地位。Huntsman 表示，他们的增韧 体系易于加工，并且改善了耐开裂性能和耐老化性能。 聚酯和乙烯基酯供应商正在开发新配方，以改善材料的机械性能。Reichhold 公司的新 型 Dion 乙烯基酯的抗疲劳性能提高了 10%15%，韧性更好，适合于制造更长更轻的叶片。 Ashland 复合材料公司为 LM 和其他叶片制造商生产 Aropol G300 和 M300 聚酯。该公

6、司 的 Derakane 601-200 乙烯基酯最近得到了德国 Germanischer Lloyd 的认证。Germanischer Lloyd 是一家对风能安全和性能进行全球标准检测的机构。该材料的物理性能据说比聚酯 更好，接近环氧树脂。其关键的优点是，比环氧树脂的后交联时间短。AOC 公司称，他们 新开发的一种聚酯已经被一家叶片制造商采用，但 AOC 未透露进一步的细节。 玻纤供应商在制造大型叶片上正面临着碳纤维的竞争。OCV Reinforcements 公司公布了 WindStrand 直粗纱和针织坯布。该类产品采用了一种特殊玻纤，据说，其与以前该公司出 品的 E(无碱)玻纤相比，

7、其强度提高了 30%，刚性提高了 15%20%，重量减轻了 8%10%。 在生产 40m 或更长的叶片时，该玻纤提供了比碳纤维更好的解决方案。根据一项独家协议， 一家领先的叶片制造商在其真空挤出成型的应用中使用了 WindStrand 产品。 化学性能和上胶工艺的改进使 PPG 公司的 Hybon 2026 粗纱性能有所提高，其耐疲劳性 能比标准产品提高了 10%。PPG 正在开发刚性更强的产品，以填补 E(无碱)玻纤和成本更 高的碳纤维之间的空白。芬兰 Ahlstrom 公司的 CombiFlow 是一种专用的 E(无碱)玻纤，该 玻纤带有 PET 流动层，易于与树脂相容。PET 是三明治结

8、构中的中间层，外层为玻纤。 Ahlstrom 还公布了扩产计划，即到 2011 年将美国工厂的产能扩大 1 倍。 许多工业观察家相信，大型涡轮机将使用碳纤维以获得必要的刚性和轻质。全球在风能 发电领域的碳纤维年用量只有 45365443t，而玻纤用量为 90720t。美国 Vestas 和 Gamesa 是使用碳纤维的一级制造商，主要采用碳纤维制作长叶片（40m 或以上）的结构主梁帽 （中央支柱）。更多的碳纤维是在欧洲使用。与玻纤合用可以节省一些碳纤维。 趋势 被称为“Upwind”的大型欧盟基金研究项目有超过 40 名风能专家参与，主要任务是对 70120m 的大型叶片的制造材料和制造工艺进行审核。该项目正在寻找天然材料，如木材、 竹子以及大麻、亚麻和木材中的纤维素纤维等。丹麦技术大学 Risoe 生态能源实验室主管 Povl Brondsted 表示，这些材料与玻纤相比具有相似的重量强度比。另外，像 PET 和 PP 等 热塑性塑料以及生物基树脂也在考察之列。