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1　概述
　　上很多尤其是發達，已充分認識到風電在調整能源結構、緩解環境污染等方面的重要性，對風電的開發給予了高度重視，裝機規模持續高速增長。2006年累計風電裝機多的10個占風電裝機的85％，與2005年相比，德國、美國和西班牙保持了前3名的地位，則從第八名升到第六名。新增裝機容量（不包含臺灣省裝機）為1.347GW，處于亞洲第二，2006年風力發電市場較2005年成長超過3倍，累計裝機容量達2.604GW，排行第六大市場。其市場驅動力主要源自2006年1月1日生效的“可再生能源法”。
　　單機容量是風電機組技術水平的標志。兆瓦級機組的市場份額明顯增大，1997年及以前還不到10%，2001年則超過50%，2002年達到62.1％，2003年達到71.4％。2003年安裝的風電機組平均單機容量達到1.2MW。2006年安裝的機組增均單機容量約為1.5MW，而10年前只有500kW。我國風電機組單機容量也從600kW逐步走向兆瓦級轉變。更大型、性能更好的機組也已經開發出來，并投入生產試運行。由于更多致力于風能的開發利用，預計這種范圍的快速增長將持續下去。除了風電大國丹麥、德國、西班牙和美國外，很多其它包括英國、法國、巴西和也制定了雄心勃勃的風電發展計劃。
　　2 風機葉片
　　2.1 風機葉片材料
　　風機葉片材料的強度和剛度是決定風力發電機組性能優劣的關鍵。目前，風機葉片所用材料已由木質、帆布等發展為金屬（鋁合金）、玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料等。玻璃鋼葉片材料因為重量輕、比強度高、可設計性強、價格比較便宜等因素，成為大中型風機葉片材料的首選。然而，隨著風機葉片朝著超大型化和輕量化的方向發展，玻璃鋼復合材料開始達到其使用性能的極限，碳纖維維復合材料（CFRP）逐漸開始應用到超大型風機葉片中。
　　具體而言，由于應用場合的不同，風機葉片材料的選擇也會有所不同。一般較小型的葉片（如22m以下）選用量大價廉的E-玻纖增強塑料（GFRP)，樹脂基體以不飽和聚酯為主，也可選用乙烯酯或環氧樹脂；而較大型的葉片（如42m以上）一般采用CFRP或CF與GF混雜的復合材料，樹脂基體以環氧樹脂為為主。目前商品化的大型風力機葉片大多采用玻璃纖維復合材料（GRP）。長度大于40m葉片可以采用碳/玻混雜復合材料，但由于碳纖維的價格較高，未能推廣應用。
　　2.2 風機葉片設計
　　風機葉片結構設計的目的是要通過空氣動力學分析，充分利用復合材料的性能，使大型葉片以小的質量獲得大的掃風面積，從而使葉片具有更高的捕捉風的能力。隨著風力發電機額定功率的增大，風機葉片的質量和費用隨著長度的增加也迅速增加，如何通過新的結構設計方案和提高材料的性能來降低葉片的質量至關重要。
　　在玻璃鋼葉片的結構形式中，葉片剖面及根端構造的設計為重要。選擇葉剖面及根端形式，要考慮玻璃鋼葉片的結構性能、材料性能及成型工藝。風機葉片要承受較高的載荷，通常要考慮50~60m/s的極限風載。為提高葉片的強度和剛度，防止局部失穩，玻璃鋼葉片大都采用主梁加氣動外型的結構形式。主梁承擔大部分彎曲載荷，而外殼除滿足氣動性能外，也承擔部分彎曲載荷。主梁常用D型、0型、矩形和雙拼槽鋼等形式。
　　隨著葉片尺寸的不斷增加，其生產和制造過程中產生了一些在以往中小型中片生產中未曾碰到過的新問題，大型模具問題便是其一。大型復合材料葉片的外形尺寸與其制造模具有著極其密切的關系。為保證復合材料葉片設計外形和尺寸精度，葉片長度越長，成型時對模具剛度和強度的要求就越高，模具的重量和成本也會大幅度提高。為減輕模具重量，降低模具成本，大型復合材料葉片的制造模具基本是用復合材料模具，這意味著葉片可以做得更長。
　　1　概述
　　上很多尤其是發達，已充分認識到風電在調整能源結構、緩解環境污染等方面的重要性，對風電的開發給予了高度重視，裝機規模持續高速增長。2006年累計風電裝機多的10個占風電裝機的85％，與2005年相比，德國、美國和西班牙保持了前3名的地位，則從第八名升到第六名。新增裝機容量（不包含臺灣省裝機）為1.347GW，處于亞洲第二，2006年風力發電市場較2005年成長超過3倍，累計裝機容量達2.604GW，排行第六大市場。其市場驅動力主要源自2006年1月1日生效的“可再生能源法”。
　　單機容量是風電機組技術水平的標志。兆瓦級機組的市場份額明顯增大，1997年及以前還不到10%，2001年則超過50%，2002年達到62.1％，2003年達到71.4％。2003年安裝的風電機組平均單機容量達到1.2MW。2006年安裝的機組增均單機容量約為1.5MW，而10年前只有500kW。我國風電機組單機容量也從600kW逐步走向兆瓦級轉變。更大型、性能更好的機組也已經開發出來，并投入生產試運行。由于更多致力于風能的開發利用，預計這種范圍的快速增長將持續下去。除了風電大國丹麥、德國、西班牙和美國外，很多其它包括英國、法國、巴西和也制定了雄心勃勃的風電發展計劃。
　　2 風機葉片
　　2.1 風機葉片材料
　　風機葉片材料的強度和剛度是決定風力發電機組性能優劣的關鍵。目前，風機葉片所用材料已由木質、帆布等發展為金屬（鋁合金）、玻璃纖維增強復合材料、碳纖維增強復合材料等。玻璃鋼葉片材料因為重量輕、比強度高、可設計性強、價格比較便宜等因素，成為大中型風機葉片材料的首選。然而，隨著風機葉片朝著超大型化和輕量化的方向發展，玻璃鋼復合材料開始達到其使用性能的極限，碳纖維維復合材料（CFRP）逐漸開始應用到超大型風機葉片中。
　　具體而言，由于應用場合的不同，風機葉片材料的選擇也會有所不同。一般較小型的葉片（如22m以下）選用量大價廉的E-玻纖增強塑料（GFRP)，樹脂基體以不飽和聚酯為主，也可選用乙烯酯或環氧樹脂；而較大型的葉片（如42m以上）一般采用CFRP或CF與GF混雜的復合材料，樹脂基體以環氧樹脂為為主。目前商品化的大型風力機葉片大多采用玻璃纖維復合材料（GRP）。長度大于40m葉片可以采用碳/玻混雜復合材料，但由于碳纖維的價格較高，未能推廣應用。
　　2.2 風機葉片設計
　　風機葉片結構設計的目的是要通過空氣動力學分析，充分利用復合材料的性能，使大型葉片以小的質量獲得大的掃風面積，從而使葉片具有更高的捕捉風的能力。隨著風力發電機額定功率的增大，風機葉片的質量和費用隨著長度的增加也迅速增加，如何通過新的結構設計方案和提高材料的性能來降低葉片的質量至關重要。
　　在玻璃鋼葉片的結構形式中，葉片剖面及根端構造的設計為重要。選擇葉剖面及根端形式，要考慮玻璃鋼葉片的結構性能、材料性能及成型工藝。風機葉片要承受較高的載荷，通常要考慮50~60m/s的極限風載。為提高葉片的強度和剛度，防止局部失穩，玻璃鋼葉片大都采用主梁加氣動外型的結構形式。主梁承擔大部分彎曲載荷，而外殼除滿足氣動性能外，也承擔部分彎曲載荷。主梁常用D型、0型、矩形和雙拼槽鋼等形式。
　　隨著葉片尺寸的不斷增加，其生產和制造過程中產生了一些在以往中小型中片生產中未曾碰到過的新問題，大型模具問題便是其一。大型復合材料葉片的外形尺寸與其制造模具有著極其密切的關系。為保證復合材料葉片設計外形和尺寸精度，葉片長度越長，成型時對模具剛度和強度的要求就越高，模具的重量和成本也會大幅度提高。為減輕模具重量，降低模具成本，大型復合材料葉片的制造模具基本是用復合材料模具，這意味著葉片可以做得更長。
　　3 葉片的成型工藝
　　現在的葉片成型工藝一般是先在各專用模具上分別成型葉片蒙皮、主梁及其他部件，然后在主模具上把兩個蒙皮、主梁及其它部件膠接組裝在一起，合模加壓固化后制成整體葉片。具體成型工藝又大致可分為七種：①手糊；②真空灌注成型；③樹脂傳遞模塑（RTM）；④樹脂浸漬工藝（SCRMIP）；⑤纖維纏繞工藝（FW）⑥木纖維環氧飽和工藝（WEST)；⑦模壓。上述工藝中，①、④、⑤和⑥是開模成型工藝，而②、③和⑦是閉模模塑工藝。
　　傳統的葉片生產一般采用開模工藝，生產過程中會有大量的苯乙烯等揮發性有毒氣體產生，給操作者和環境帶來危害。另一方面，隨著葉片尺寸的增加，為保證發電機運行平穩和塔架安全，必須保證葉片重量輕且質量分布均勻，這就促使葉片生產工藝由開模向閉模發展。采用閉模工藝，如現在常用的真空灌注成型工藝，不但可大幅降低成型過程中苯乙烯的揮發，且更易精確控制樹脂含量，從而保證復合材料葉片質量分布的均勻性，可提高葉片的質量穩定性。
　　下面詳細介紹一下真空灌注成型工藝。真空灌注成型工藝是將纖維增強材料直接鋪放在模具上，在纖維增強材料上鋪設一層剝離層，剝離層通常是一層很薄的低孔隙率、低滲透率的纖維織物，剝離層上鋪放高滲透介質，然后用真空薄膜包覆及密封。樹脂灌注體系如圖1所示，模具用薄膜包覆密封，真空泵抽氣至負壓狀態。各鋪層如圖1所示，脫模布為一層易剝離的低孔隙率的纖維織物，導流布為高滲透率的介質，導流管分布在導流布的上面。樹脂通過進膠管進入整個體系，通過導流管引導樹脂流動的主方向，導流布使樹脂分布到鋪層的每個角落，固化后剝離脫模布，從而得到密實度高，含膠量低的鋪層結構。
　　由于整個工裝系統是密閉的，在真空灌注成型中有機揮發物非常少，改善了勞動條件，減少了操作者與有害物質的接觸，滿足了人們對環保的要求，改善了工作環境，工藝操作簡單。同時從制品性能上來說，真空輔助可充分消除氣泡，降低制品空隙率，能有效控制產品的含膠量，生產受人為因素影響小，產品的質量穩定性高，重現性能好，制品的表觀質量好，鋪層相同且厚度薄，強度高，相對于手糊成型拉伸強度提高20%以上。該工藝對模具要求不高，模具制作相對簡單。與傳統工藝相比，其模具成本可以降低50一70％。 真空灌注成型工藝 對樹脂粘度的要求較為嚴格，一般粘度控制在300cps以下。所選的樹脂應具有較好的力學性能、耐腐蝕和固化收縮小。增強材料要求對樹脂的流動阻力小、浸潤性好、機械強度高、鋪覆性好（增強材料無皺折、無斷裂、無撕裂的情況下能夠容易地制成與工作相同形狀）、質量均勻性好，工藝流程見圖2。
　　真空灌注成型工藝制備風力發電轉子葉片的關鍵有：①優選浸滲用的基體樹脂。特別要保證樹脂的佳粘度及其流動性；②模具設計必須合理。特別對模具上樹脂注入孔的位置、流通分布更要注意，確保基體樹脂能均衡地充滿任何一處；③工藝參數要佳化。真空灌注成型工藝的工藝參數要事先進行實驗研究，保證達到佳化；④增強材料在鋪放過程中保持平直，以獲得良好的力學性能，同時注意盡可能減少復合材料中的孔隙率。 樹脂粘度對真空灌注成型的板材強度影響很大。降低粘度后樹脂浸潤好。低樹脂含量可使板材的強度大幅度提高。同時，在真空灌注成型工藝中樹脂粘度是影響進浸膠速率的重要因素之一。粘度降低，樹脂流動性好，浸膠速率大大提高，增強材料對樹脂的浸潤性好壞直接影響產品性能的優劣。一般來說，對于真空灌注成型工藝，連續氈優于短切氈，編織布好于方格布，連續氈和編織布有利于樹脂在整個密閉體系中的流動。若生產碳纖維制品，選材時應考慮用與碳纖維浸潤性好的樹脂。
　　凝膠時間的控制也是真空灌注成型成功的一個重要因素。凝膠時間太短樹脂較難填滿整個模腔，凝膠時間過長將產生流膠現象，同時會影響產品的脫模時間。模腔充滿后10~20min凝膠比較合適，確保樹脂充模后能充分地浸潤纖維鋪層，消除氣泡，以提高產品質量。
　　4 總結與展望
　　風力發電的發展依賴于生產制造大量的風力發電機，風力發電機離不開葉片，而制造葉片則需要復合材料產業的支撐。對我國的復合材料產業來說，風力發電是一個難得的機遇。選擇佳的材料體系和制造工藝，制造出質量上乘的復合材料葉片，滿足快速發展的風力發電的需求，這是我們追求的目標。
　　目前來看，改進的真空灌注成型工藝以及碳/玻混雜復合材料葉片的研究及新概念、新工藝將成為引領風電葉片研究和制造的新熱點。
　　參考文獻
　　[1]李祖華，風力發電現狀和復合材料在風機葉片上的應用[J].高科技纖維與應用，2008,4(2):28-33.
　　[2]潘藝,周鵬展，王進等風力發電機葉片技術發展概述[J].湖南工業大學學報,2007,5(3):48-51.
　　[3]馬振基，林育鋒，復合材料在風力發電上的應用發展[J]高科技纖維與應用，2005。8(4):5-14.
　　[4]戴春暉，劉鈞，曾竟成，邊力平。復合材料風電葉片的發展現狀及若干問題的對策[J].2008,(1):53-56.
　　[5]李傳勝，張錦南真空灌注成型工藝在大型風力機葉片中的應用[C].玻璃鋼學會第十六屆全國玻璃鋼/復合材料學
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