夹心材料：叶片变革之源

经机械处理的夹心材料（图片来自西门子公司）

    夹心材料供应商Nida-Core公司（位于美国佛罗里达州圣露西县）的市场总监Jack Lugus陈述说，树脂的价格已成为风机叶片制造商一个主要关心的问题。他说：“我们行业中所存在的最大问题就是给树脂定价。夹心结构中有可能削减价格的任何因素都会是一个重要优势。”

    由苯乙烯-丙烯腈泡沫（SAN）及聚氯乙烯泡沫（PVC）制成的芯材比巴沙木的密度小（大约为4 lb/ft³），不过其价格也比巴沙木的高。苯乙烯-丙烯腈（SAN）泡沫与聚氯乙烯泡沫（PVC）都是热固性制剂，可以提供结构支持，但如果想达到与巴沙木一样高的物理性能，其厚度必须大约是巴沙木的两倍。因此，泡沫往往会用在需要节约重量，同时对强度和硬度还有一定要求的部位——主要用在叶片壳板长约为20米的中间部分及剪切腹板上。

    在注射过程中，不论采用何种芯材，工作人员都需要对树脂流进行精心管理以确保浸润效果。这一过程包括在芯材表面制造流道及其它机械结构来加快树脂的传递，同时确保树脂流锋在芯材两侧的表面上均匀的流动。聚氯乙烯（PVC）泡沫的缺点是，在固化过程中，它会释放气体，导致夹心结构的分层。与巴沙木一样，在制造过程中，也必须对苯乙烯-丙烯腈（SAN）泡沫和聚氯乙烯泡沫（PVC）进程机械处理（切割），从而使芯材达到与模具表面完全相符的效果。此外，还会会通过增加沟槽的树脂吸收量来增加叶片的重量。

    极具潜力的芯材竞争对手
    在泡沫芯材市场上，最新出现了一种聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）。目前，它在成熟风电业中的应用正处于高潜力，初步发展阶段。聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）之所以受关注有很多原因，不过最终还是要归结为一个事实，即它与聚氯乙烯泡沫（PVC）不同，是一种热固性塑料，具有以下特点：

    它是可回收利用产品，并由回收物质制造而成。（通常，它是由废弃PET瓶子制造而成的。）

    聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）采用拉挤工艺制造而成，因此在密度控制及机械性能上具有更高的一致性。

    固化过程中，当与预浸材料接触时，它不会释放气体。

    可采用火线或激光工艺对其进行热切割，这样它就可以形成新奇的表面。

    聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）具有可再熔性。因此在加热固化的过程中，在无任何粘合剂的条件下，它就可以与大部份面板层压材料熔接在一起。

    同样，由于它具有可热压成型性，因此在不对其进行任何机械处理（切割）的条件下，就可以将其预制成特定的形状或规格。（聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）的这一可成型性非常值得注意，它是PET的潜在优势。在风机叶片产品中，目前该材料并未得到广泛的使用。）

    作为一种结构泡沫，聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）的密度只要稍微再高一点就能与苯乙烯-丙烯腈（SAN）泡沫和聚氯乙烯泡沫（PVC）的机械强度和硬度相媲美。但是，如果想与巴沙木的强度和硬度相抗衡，那么它的密度就需要有显著提高。3A Composites Core Materials（前加铝复合材料公司）市场部经理Joe Pantalone发表评论说：“从一种严格意义上的机械关系或物理关系来讲，聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）原材料必须具备更大的密度才能与聚氯乙烯泡沫（PVC）抗衡。” Pantalone说，几年前，其公司将聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）推向风电行业，同时他指出，风电行业对大量原材料的选择花费了几年的时间，对现有叶片设计而言，所用材料基本已经固定。因此，在各叶片设计中采用新材料需要经历严格的评估过程。出于这一原因，聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）目前主要应用在半结构式产品中，风机叶片壳板的尖端10米。

    不过，在经历更多原材料的更新换代后，聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）在风机叶片结构中的应用有可能实现显著增加。顾瑞特公司的George声称：“聚对苯二甲酸乙二酯泡沫（PET）变的广泛应用只是一个时间问题。”

 在巴沙木与传统夹心材料之间至少有一种材料在风电这一肥沃的领域可行。两年前，位于美国俄亥俄州的WebCore Technologies LLC推出了一种TYCOR 夹心材料。此材料的定位是提供与巴沙木的机械和成本、泡沫的重量相同的效益优势。WebCore公司这一TYCOR 夹心材料由玻璃纤维束落选缠绕而成的闭孔聚氨酯“棒”组成。玻璃纤维束之间的空间可根据产品的要求灵活改变，空间越小，闭孔聚氨酯“棒”的强度和硬度就越大。各聚氨酯棒通过玻璃纤维表面纱组合在一起，形成1.2米乘2.4米的夹心片材。

TYCOR 夹心材料（图片来自WebCore Technologies LLC）

    因为TYCOR 不是一种结构泡沫，因此低密度聚氨酯只能作为缠绕玻璃纤维的载体。经过树脂注射及固化过程，玻璃纤维便成了TYCOR 的主要强度和硬度来源。此外，TYCOR 本身具有柔韧性，因此不需要对其进行切割处理。WebCore公司的工程销售总监Scott Campbell介绍说，TYCOR芯材的厚度范围为12-78毫米，具有与相同价格巴沙木相抗衡的机械性能，节约了大量树脂，且重量也明显减轻。TYCOR不仅能够应用在叶片壳板的中间部位，而且还可用在剪切腹板上。通常来讲，剪切腹板会优先采用苯乙烯-丙烯腈（SAN）泡沫和聚氯乙烯泡沫（PVC）。WebCore公司拥有确定的客户——一家众所周知但不愿透露名称的叶片制造商。在过去的两年内，这一不愿透露名称的公司成功的采用TYCOR替代了风机叶片上的所有巴沙木。Campbell声称，另外一个制造商也在申请使用TYCOR生产风机叶片。

    总的来讲，对该事情有所了解的夹心材料供应商都表示，风电行业已经意识到，生产一组优质的叶片需对原材料的质量进行严格细致的控制，不论采用的是何种原材料。风电行业采用更多类似于汽车制造的质量标准，甚至有一些企业开始采用目前汽车制造行业所用的生产件批准程序（PPAP）。此外，风机叶片制造商要求所有供应商，包括芯材制造商支持其主张，即：供应商提供的原材料要满足客户的产品规格，同时还要附有充分的文件材料，并对产品结果负责。

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