大葉片為新型芯材帶來更多機會

    WebCore技術公司業務發展部副總裁Rob Banerjee博士在本文討論了新型芯材如何幫助風機葉片制造商優化他們的設計。 

    清潔無污染的風能正推動風力渦輪機向更大更高功率的方向發展。美國風能協會的一份最新報告指出，風機向大型化發展的主要驅動力是經濟性：更高的風機和更長的葉片以及更大的掃風面積可以產生更多的能量，每千瓦時的成本也更低。更大的風機還能捕獲較低速的風，使風電更加靠近居民中心。
    但更高的功率并不是更長更大有時是更重的風機葉片的唯一訴求。客戶也希望風機具有更長的壽命周期（最長25年），而且保養要盡量少，特別是對于海上和偏遠地區的風機，尤其要求如此。
對于芯材供應商來說，例如位于美國俄亥俄州Miamisburg的WebCore技術公司，更加嚴格的產品規范和針對大型葉片的設計概念的日益增多，意味著新型夾心材料有著更好的發展機遇。 

更嚴格的產品規范和更大型葉片設計的頻繁出現為
新型芯材提供了更好的機遇。
 

    TYCOR ® W是WebCore公司的一種纖維增強復合材料芯材，彌補了輕木和聚氯乙烯(PVC)泡沫芯材的缺陷，滿足了風機葉片制造商對于成本、重量、供應、質量和一致性的需求。
    TYCOR W的結構由玻璃纖維和閉孔低密度泡沫組成，已經在風能行業使用了兩年的時間。一家葉片制造商用該芯材取代輕木，以45米長的葉片為例，每根葉片的重量可以減輕325磅。葉片制造商還發現復合材料芯材還具有傳統芯材不具備的其他優勢，例如：
　　設計的優化；
　　通過與芯材裝配商合作優化葉片的生產；
　　改善灌注過程；
　　所用芯材的數量更少，面積更大 ；
　　芯材間隙的減少提高了葉片的均勻性。
　　芯材的選擇
    隨著葉片變得越來越大，市場競爭加劇，葉片制造商正通過優化他們的設計來保持競爭優勢。
   “葉片設計者和生產商可以通過去除多余的材料，并評估哪些材料可以在葉片的不同部位發揮最大功用，來優化成本和重量。” WebCore公司銷售工程總監Scott Campbell說。“但是對于材料——樹脂、層壓材料和芯材的性能必須非常了解。”
    對于需要高強度芯材的葉片根部附近，輕木是一種良好的候選材料。但是，在生產大型葉片時，輕木的可變性會限制設計工程師進行優化。因為輕木是一種天然生長的木制品，用于生產輕木芯材的不同木頭之間，其密度、強度和硬度變化是非常大的。即使精心挑選的密度大致相同的木頭之間，芯材的特性也有巨大的差別。 

TYCOR W由玻纖和閉孔的低密度泡沫組成。

    不同輕木制品之間的強度和硬度的差別很大。也就是說葉片設計者必須確保輕木具有足夠的結構性能。這種木質產品還會吸收水分導致尺寸變化。
    TYCOR W是由合成材料制成的工程復合材料芯材，與輕木相比，其性能的一致性高得多。機械性能試驗表明，不同樣品內之間的差別不是很大。因為TYCOR W性能的很大一部分可以在設計過程中得以發揮，因此非常容易進行優化，從而得到更加有效的葉片設計。
結構泡沫，例如苯乙烯-丙烯腈(SAN)和PVC比輕木輕，一致性高，但承受的載荷較低，價格也更貴。若低密度泡沫要達到與輕木相同的強度和硬度，厚度要達到輕木的兩倍。由于這些因素，泡沫更適合用在葉片的低應力區域，即中點到葉片的部分。
    聚對苯二甲酸乙二酯(PET)泡沫是一種較新的泡沫芯材，比PVC泡沫性價比更高，但是比相同重量的PVC泡沫的強度和硬度要低。由于PET比大多數結構泡沫要重，它不能顯著減輕重量。而且由于其價格具有優勢，比輕木的一致性好，在風能行業正逐漸獲得認可。
    WebCore注意到，制造商對于大型葉片生產的需求逐漸增多，共提供四種標準等級的TYCOR W產品，為設計者和制造商優化葉片的設計提供了自由度，而且這種材料能夠應用在整個葉片中。
    例如，TYCOR W 4已被用于葉片高強度區域或葉根附近，且性能表現良好，具有較輕的重量、較高的成本效益，可以取代相同厚度的天然輕木產品。TYCOR W 1和2比SAN和PVC泡沫更加具有成本效益，同時保持了高度的一致性和較輕的重量，這些特性在葉片中部和葉尖部分的低強度芯材中也有體現。

　　進一步的優化
　　芯材的正確裝配也有助于葉片設計的優化。通過與工具商緊密合作，WebCore公司可以改變其復合材料芯材的片材尺寸，同時可以將裝配速率提高10%之多。
　　芯材還可以影響樹脂的消耗量：樹脂的成本和最終灌注而成的風機葉片的重量。輕木、SAN和PVC通常會被劃傷或切斷以有效控制樹脂的流動，確保樹脂的浸漬。 
　　 TYCOR W固有的可浸透的內部纖維結構和微小的泡沫蜂窩尺寸使得樹脂的浸透變得容易，而且可控，也不會增加寄生樹脂的吸收。