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5、碳纤维应用的主要问题和解决途径
5.1 碳纤维应用的主要问题
碳纤维应用有以下主要问题需要解决：
(1)碳纤维是一种昂贵纤维材料，在碳纤维应用过程中，价格是主要障碍，性价比影响了它在风力发电上的大范围应用。
(2)CFRP比GFRP更具脆性，一般被认为更趋于疲劳，但是研究表明，只要注意生产质量的控制以及材料和结构的几何条件，就足以保证长期的耐疲劳。
(3)直径较小的碳纤维表面积较大，复合材料成型加工浸润比较困难。由于碳纤维叶片一般采用环氧树脂制造，要通过降低环氧树脂制造的黏度而不降低它的力学性能是比较困难的，这也是一些厂家采用预浸料工艺的原因。此外碳纤维复合材料的性能受工艺因素影响敏感(如铺层方向)，对工艺要求较高。
(4)碳纤维复合材料透明性差，难以进行内部检查。
5.2解决途径
碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种不可 改变的趋势。目前，全球各大叶片制造商正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面进行深入研究，以求降低成本，使碳纤维能在风力发电上得到更多的应用。可通过如下的途径来促进碳纤维在风力发电中的应用。
(1)用碳纤维代替玻璃纤维
叶片尺寸越大，相对成本越低。碳纤维更适于 3MW(40m)以上，尤其是5MW以上的产品。因为 材料用量下降，才能比玻璃纤维叶片更便宜。另外可采用从沥青制造的低成本碳纤维，这种碳纤维的价格可以降到每磅5美元的心理价位。下一代采用轻质、高性能碳纤维叶片的5——10MW风力机，设计更加可靠，市场竞争力也更强。
(2)采用特殊的织物混编技术
根据叶片结构要求，把碳纤维铺设在刚度和强度要求最高的方向，达到结构的最优化设计。如TPI公司采用碳纤维织物为800g3轴向织物(triaxial fabric)，由1层500g0°T-600碳纤维夹在2层150g 成±45°的玻纤织物内。对于原型叶片中，碳纤维成20°，玻纤层的3轴向织物为+65°和-25°，这种方向的 铺层可充分地控制剪切负载。旋转织物意味着织物边沿和叶片方向成20°，逐步地引入旋转耦合部件(thetwist-couplingcomponent)。
(3)采用大丝束碳纤维
叶片生产中，采用大丝束碳纤维可达到降低生产成本的目的。如一种新型丙烯酸碳纤维(美国专利US6103211)，该发明的目的在于提供一种高强度的碳纤维，这种碳纤维适用于风力机叶片材料等与能源相关的设备。
(4)采用新型成型加工技术
在目前的生产中，预浸料和真空辅助树脂传递模塑工艺已成为2种最常用替代湿法铺层技术;对于40m以上叶片，大多数制造商采用VARTM技术。但VESTAS和GAMESA仍使用预浸料工艺。技术关键是控制树脂粘度、流动性、注入孔设计和减少材料孔隙率。
在大型叶片制造中，由于碳纤维的使用，聚酯树脂已被环氧树脂替代。
利用天然纤维——热塑性树脂制造的“绿色叶片”近年来也倍受重视，如爱尔兰的Gaoth公司已负责制造12.6m长的热塑性复合材料叶片，Mitsubishi(三菱)公司将负责在风力发电机上进行“绿色叶片的试验”。如果试验成功后，他们将继续研究开发30m以上的热塑性复合材料标准叶片。 为了降低模具成本，减轻模具重量，大型复合材料叶片的制造模具也逐渐由金属模具向着复合材料模具转变，这也意味着复合材料叶片可以做得更长。另外，由于模具与叶片采用了相同的材料，模具材料的热膨胀系数与叶片材料基本相同，制造出的复合材料叶片的精度和尺寸稳定性均优于金属模具制造的叶片产品。
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