夾心材料：葉片變革之源（上）

　　有人將風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展描述為從造船思維到汽車制造與航空航天相結(jié)合思維的轉(zhuǎn)移。造船思維的特點(diǎn)是零碎，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)，且大多數(shù)產(chǎn)量很低，而汽車制造與航空航天混合思維則具有高產(chǎn)量，高性能，高質(zhì)量的特點(diǎn)。風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展壓力存在于這個(gè)葉片制造供應(yīng)鏈，并不僅僅是芯材供應(yīng)商所負(fù)責(zé)的環(huán)節(jié)。事實(shí)上，今天風(fēng)機(jī)葉片專用夾心材料的種類和質(zhì)量以及風(fēng)機(jī)葉片制造商發(fā)布的質(zhì)量控制說(shuō)明書都表明，風(fēng)電行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量非常關(guān)注，他們將始終如一的制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
    
　　與許多復(fù)合材料加工商一樣，葉片制造商也會(huì)對(duì)眾多變數(shù)進(jìn)行相互權(quán)衡，為實(shí)現(xiàn)成本及性能目標(biāo)而選擇不同的組合。夾心材料的類型會(huì)對(duì)幾個(gè)量度產(chǎn)生影響：夾心結(jié)構(gòu)的厚度及機(jī)械性能，葉片的耐用性及其成本。一些夾心材料具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，但是其價(jià)格也非常高。當(dāng)然，也有一些比較經(jīng)濟(jì)的夾心材料，但缺乏機(jī)械強(qiáng)度，因此為了滿足特定的要求則需要制造一種更厚的夾心結(jié)構(gòu)。有的夾心材料只適合于平整的表面，而另外也有一些，如蜂窩結(jié)構(gòu)就不易灌輸。
 

　　此外，葉片制造商越來(lái)越多的利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM），有限元分析(FEA)以及模擬的方法來(lái)推測(cè)在葉片的不同部位采用何種材料最合適，如此以來(lái)，他們就可以使材料在使用上達(dá)到最佳化，滿足葉片上不同位置的不同要求。一些葉片制造商熱衷于使用巴沙木而非泡沫，而另外一些則更傾向于使用泡沫或者使用不同芯材的組合，目前傾向于各種芯材組合的制造商日益增多。最后，夾心材料裝配商
Creative Foam公司的副總裁兼高級(jí)工程師Don Marriott說(shuō)：“如果葉片制造商確立了一種可行的葉片設(shè)計(jì)方案，那么要對(duì)其進(jìn)行更改幾乎是不可能的。”
    
　　 每一家風(fēng)電公司都擁有自己獨(dú)一無(wú)二的葉片設(shè)計(jì)方案，通常他們會(huì)將其分包給葉片制造商。為任何單獨(dú)一家全球風(fēng)電公司提供與其設(shè)計(jì)完全相同的葉片時(shí)，一般會(huì)涉及到多個(gè)葉片制成品。這就是全球風(fēng)電行業(yè)的規(guī)律，因?yàn)榧词故菃我灰患绎L(fēng)電公司，它所需要的產(chǎn)品的數(shù)量也非常大，因此就需要由多個(gè)葉片制造商來(lái)生產(chǎn)。各葉片設(shè)計(jì)方案中所用的材料被認(rèn)為是專有的，而且?guī)缀跏且粋€(gè)嚴(yán)格保守的秘密。盡管如此，各葉片生產(chǎn)商所用的原材料仍沒有太大變化。因此我們還是有可能對(duì)葉片生產(chǎn)中所用夾心材料的種類，芯材在葉片中的位置以及使用這種芯材可能會(huì)發(fā)生何種改變有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)。不過有一件事情是非常清楚的，那就是：在過去的五年內(nèi)，風(fēng)機(jī)葉片發(fā)展成了一種更加混合的產(chǎn)品，這也就意味著在一種葉片設(shè)計(jì)中，夾心材料的選擇會(huì)根據(jù)葉片殼板及抗剪腹板不同位置對(duì)材料、重量、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品及成本的不同要求發(fā)生重大改變。對(duì)供應(yīng)商而言，在供應(yīng)原材料有所改變的產(chǎn)品方面，他們也涉及其中。顧瑞特公司的George說(shuō)：“在葉片原材料選擇上放開眼光非常重要，我們需要對(duì)最好產(chǎn)品中的最佳原材料進(jìn)行優(yōu)化。”

　　現(xiàn)有的夾心材料
    
　　在過去的幾年內(nèi)，市場(chǎng)上出現(xiàn)了四種夾心材料，它們均在風(fēng)電產(chǎn)品中得到最廣泛的使用。它們是：橫切面巴沙木，苯乙烯丙烯晴(SAN)泡沫，聚氯乙烯泡沫（PVC）及聚對(duì)苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）。橫切面巴沙木非常流行，這主要有三條原因：其一、其價(jià)格便宜；其二、橫切面“蜂窩”結(jié)構(gòu)擁有強(qiáng)健的機(jī)械性能——密度為5-lb/ft³ to 15-lb/ft³；其三、橫切面巴沙木是由一種可持續(xù)且可再生的資源即快速生長(zhǎng)的巴沙木樹制造而成。盡管在混合葉片結(jié)構(gòu)中，巴沙木可用在葉片的各個(gè)部位，但由于它具有高強(qiáng)度和高硬度，通常更多的還是用在葉片的基礎(chǔ)部位（在40米長(zhǎng)葉片的前端十米）。

　　橫切面巴沙木（圖片來(lái)自德國(guó)西門子公司）

　　巴沙木的機(jī)械性能主要是由其橫切面結(jié)構(gòu)決定的，但是如果在整個(gè)葉片中采用巴沙木，那么與泡沫芯材相比，其相對(duì)較高的密度就會(huì)造成重量障礙。盡管木材的密度在每塊片材中會(huì)有所變化，但是，每塊片材的平均密度都保持在緊密度公差內(nèi)。然而，當(dāng)涉及到注射時(shí)，巴沙木的橫切面結(jié)構(gòu)就會(huì)促進(jìn)樹脂的吸收，從而造成葉片重量的增加。與所有夾心材料一樣，在生產(chǎn)過程中，必須對(duì)巴沙木和泡沫進(jìn)行切割處理，使其產(chǎn)生溝槽，這樣以來(lái)它們就可以與彎曲表面完全符合。這些溝槽有助于樹脂的流動(dòng)，同時(shí)溝槽內(nèi)也會(huì)充滿樹脂，從而使葉片的重量增加。幸運(yùn)的是，在注射過程中，樹脂將溝槽填滿，消除了夾心結(jié)構(gòu)中不必要的空隙。