环氧树脂体系在风力机中的应用、回收与更新-第3页-北极星风力发电网

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3 修复叶片用环氧树脂体系

3.1正运行叶片破损自修复环氧树脂体系

3.1.1概述

由于风力机的安装高度很高，人手根本够不着，而且叶片正处于运转状态，若叶片出现破损[注]，根本不可能进行修复([注]：风力机叶片在野外长年累月运转，不仅承受着强大的风载荷，还经受着大气冲刷、砂石粒子冲击、强烈的紫外线照射等恶劣环境侵蚀，从而老化、折断、分离以致破坏。[19])。其唯一根本的解决方案就是：叶片(具体地说叶片壳体表层)材料自身具有自修复功能机制。这里所指的“破损”只限于肉眼不能明显察觉的裂纹、微孔、表皮瑕疵。该瑕疵虽然微小，若不及时修复，在恶劣环境腐蚀、紫外线照射下，势必扩大、蔓延以致破坏整个叶片，酿成风力发电严重事故。

3.1.2自修复环氧树脂体系

英国Bristol大学宇航工程系与Hexcel Composites公司，共同研制成叶片自修复技术(模拟修复技术)[注]。叶片材料是CF/环氧树脂。叶片壳体表层里面镶嵌着许多粗空心玻纤，空心玻纤里盛着环氧树脂体系(环氧树脂、潜伏性固化剂和抗紫外线剂等)。当叶片壳体表面出现肉眼不能明显察觉的裂纹、微孔、表皮瑕疵时，空心玻纤里盛的环氧体系立即溢出，弥封住裂纹(或微孔)，进而蔓延、覆盖着破损区域。此刻，环氧树脂与潜伏性固化剂和抗紫外线剂互相掺混，产生固化反应而固化。从而使叶片的结构整体性得以恢复，达到叶片原始强度的80～90%([注]：此外，该技术主要用于修复飞机、宇宙飞船、汽车等)。预计，该技术将在宇宙飞船上会很快推广应用，未来5年内将商业化。另外，美国伊利诺伊大学已进行了类似的研制项目，但选材不同：树脂是双环戊二烯，潜伏性固化剂含稀有金属钌。[20]

瑞士GURIT公司和Composites One公司共同研制成一种修复材料—修复正运行的风力机叶片的一般性破损，其性能优异已获得德国劳埃德(GL)、Det Norske Veritas(DNV)、OEM的审批。预计很快会在美国风电叶片业推广应用。[21]

3.2 修复召回有瑕疵叶片的实例

印度Suzlon Energy Ltd公司是印度最大的风力机制造公司。它在美国生产的一些S88牌功率为2.1MW、三叶式风力机叶片，被发现存在裂纹、瑕疵的严重事故，于是决定“召回”——必须立即解决叶片的结构强度问题。估计此召回需耗资2 500万美元，修复时间超过6个月。共计召回1 251片(417套[注])：其中930片(310套)已经安装在风力机上;其余(321片[107套])则正在运输中或仓库里([注]：三叶式风力机是三片(一套)叶片安装一台风力机)。[22]

4 叶片模具用环氧树脂体系

4.1叶片模具用环氧粘结剂、预浸料

环氧树脂满足高温模具和灌注成型工艺要求，最适合用于加工叶片的模具，例如：①美国Dow Epoxy System公司生产的AIRSTONE system环氧树脂、粘结剂等[1];②有的叶片模具的上、下模是灌注成型玻纤(或碳纤维)织物/环氧树脂——瑞士Solent复合材料公司(SCS)(现称：Gurit公司)。环氧树脂还可用作叶片模具的表面胶衣——Sika公司。[15]

Amber复合材料公司于2008年9月选用经特殊设计纳米改性低温固化环氧树脂体系，推出HX90N牌模具[注]用预浸料([注]：铝、环氧树脂等不同材料的模具)，可提高模具表面的平整度、光洁度和无点蚀，从而缩短模具达到A级表面精度的时间，延长模具的有效使用期。它具有极好的流挂(下垂)性，使用方便，易于成型复杂形状制品。[23]

4.2 叶片模具用环氧胶粘剂

BC5009新型低粘度环氧胶粘剂/积层树脂(BBC公司)，用于模具、零件的粘结。材料里含着色剂[注]，无填料，高性能、易操作，适用期30min([注]：起着胶粘剂厚度[颜色]指示作用)。[24]

5 风力机环氧树脂复合材料机舱罩、整流罩

利用环氧树脂复合材料的优异性能，研制成1.5MW大型风力机的机舱罩、整流罩，并实现了产业化批量生产。[25]风力机3D夹层结构复合材料机舱罩，采用三维(3D)夹层结构复合材料、Ω型(或T型)加强筋，该罩的重量比实心结构复合材料机舱罩轻40%～50%，强度很富裕，轴向压力稳定性很好，有效使用期30a。[26]

6 FRP叶片的材料回收与更新近况[6]

6.1 概述

热固性树脂(如：环氧树脂等)固有的重要本性是：固化后成为不溶不熔、网状、体形结构，坚硬且受热不再变软，不可回收，成为一个严重污染源——当今世界亟待攻克的环保课题之一。纤维增强热固性树脂(FRP俗称玻璃钢)里含有大量(约30%)热固性树脂，因而具有上述污染性能。从环保、长远观点看，热固性树脂、FRP的发展前景黯淡，纯属“夕阳材料”;惟有热塑性树脂、FRTP才是发展方向!

当今风电业突飞猛进，眼下世界风电量是1980年的10倍;同时，风电叶轮直径超过60m，增长了8倍。风力机叶片的材料消耗量很大，例如：按风力机装机容量计算，每KW的叶片材料重量为10kg;按风力机输出功率计算，每MW的叶片材料重量为10t(原文的数据：每7.5MW的叶片材料重量为75t)。Albers预计：2034年世界回收叶片材料约22.5万t/a。另一专家预测：2040年世界回收纤维增强复合材料约38万t/a。[6]

风电业起步较晚，再有FRP叶片的有效服务期为20～25年。因此，目前绝大部分叶片离退役还早呢!然而，未雨绸谋，一些发达国家眼下就进行了许多关于FRP叶片的材料回收与更新的研究、探讨。实践说明，回收纤维不应再充当叶片的增强纤维，因为后者的性能要求极高、苛刻。报废FRP叶片大致分为两大类：①叶片生产、运输、仓贮、运行过程中产生，又修复不好的次品;②到期退役的叶片。目前，世界范围内废FRP叶片的量还很小，例如：目前丹麦每年废FRP叶片仅500t/a [注],可见一般([注：] 目前丹麦每年废FRP总量约5 000t/a, 其中来自FRP行业报废的4 000t/a、废FRP叶片500t/a、废玻纤500t/a。)!显然，目前FRP叶片市场尚处于孕育、培养过程中;也没有适用于全欧洲的有关回收FRP叶片的法律。有专家预测：15～20年后将出现FRP叶片报废、回收高峰期。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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