浅议玻璃钢复合材料及风力发电机叶片
【摘要】本文主要介绍了两点内容。（1）风能的介绍以及风力发电在中国的发展的现状。（2）玻璃钢复合材料的特点，以及玻璃钢制品在风力发电领域常用的成型工艺；重点讲述了玻璃钢复合材料在风机叶片中的应用。
【关键词】玻璃钢；风机叶片；风力发电
我们知道的风它是地球上一种自然的现象，是由太阳能辐射热引起的。太阳光照射到地球表面时，地球各表面处的受热不同，即产生温差，引起了大气的对流运动从而形成了风。据估计在地球上太阳能只有百分之二的能量能转化为风能，即使是这样，其量也是非常可观的。据统计全球的风能总量，是地球上可开发利用水能总量的10倍。目前世界自然环境正在日益恶化，其中，利用煤炭、石油、天然气等燃料发电所产生的的二氧化碳致使的温室效应是一个重要因素，然而就算是核能发电，也面临着核废料如何处理的问题。随着世界能源储量的日益减少及自然环境的不断恶化，许多国家都开始加重对清洁新能源和可再生能源的开发和利用。
风能作为清洁、可再生的新能源具有很多其他的能源所不具备的优点。在当今世界范围内，风力发电已然是新能源领域中无论是技术、规模及商业化发展前景都是最具竞争力的一个。就我国而言，风力发电是现有发电领域中不可或缺的一个重要组成部分，新能源发展更是中国未来能源发展的一个大趋势。2013年，中国（不包括台湾地区），新增装机容量16088.7MW，同比增长24.1%；累计装机容量91412.89MW，同比增长21.4%。新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。
在风力发电领域玻璃钢扮演着举足轻重角色，它是风力发电叶片的主要制作材料，它性能的好坏直接影响着风机的效率和寿命。因此，研究玻璃钢复合材料的特点、性能、制作工艺、常用制品并能在风力发电领域有效的加以利用具有一定的使用价值和重要的现实意义。
1.玻璃钢复合材料
1）玻璃钢复合材料简介
玻璃钢又称玻璃纤维增强塑料。它是以合成树脂作基体材料，以玻璃纤维及玻璃纤维制成品作为增强材料的一种复合材料。玻璃纤维是由不同成分的玻璃为原料，经熔融后拉丝制得的，其直径为0.1～30微米不等，它是应用很广的一种无机材料。用于玻璃钢的玻璃纤维主要是玻璃布、玻璃带、玻璃纤维合股纱和攻璃纤维表面毡等。在玻璃钢中，树脂则是基体材料。通常树脂合显约为玻璃钢制品重量的20～80%。树脂的性能对玻璃钢的性能有着直接的影响。常用的热固性树脂中，主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂。而目前用得最多的是不饱和聚酯树脂，环氧树脂及酚醛树脂次之。不同的树脂对应不同的玻璃钢制品，其性能有着明显的差异。相对聚酯玻璃钢来说，环氧玻璃钢机械性能、耐腐蚀性都比较优越，但其成型较为困难，价格昂贵，毒性大。在风电领域环氧玻璃钢主要用于叶片的制作，聚酯玻璃钢用于机舱罩、整流罩等其他玻璃钢零部件的制作。
2）玻璃钢的特点
a）轻质高强 玻璃钢的相对密度在1.5～2.0间，是碳钢的1/4左右，但在拉伸强度上却很接近，明显超过碳钢材料，如果比强度，玻璃钢完全可以和高级合金钢相比较。
b）耐腐蚀性能优越 玻璃钢是优秀的耐腐材料，对水、大气和一般正常浓度的酸、盐、碱及大部分油类都有比较明显的抵抗能力。玻璃钢的热导率很低，在相同室温下，热导率是金属的1/100～1/1000，可见，玻璃钢是优良的绝热材料。同时玻璃钢具有优良的绝缘性能，在高频下仍能拥有良好介电性，所以，用其来制造绝缘体也是非常明智的选择。
c）可设计性强 玻璃钢具有优良的可设计性，可根据需求，多样灵活地设计出不同结构的产品，也可通过选择的材料来充分满足产品的性能。
d）工艺性突出 玻璃钢的工艺较简单，可以根据产品的性能、形状、用途、数量来灵活多变地选择成型工艺，这就突出它的工艺性，玻璃钢也可一次成型，经济效果也十分明显。
3）玻璃钢制品在风力发电中的成型方法
a）手糊法
手糊法是玻璃钢成型工艺中最简易、最基本的。手糊法主要针对整体制品和机械强度要求不高的大型制品。当前手糊法技术工艺是制作叶片、机舱罩的主要成型方法。
b）真空导入法
真空导入法具有成本较低、污染小、成型效率高等特点，其特征是：不借助外部压力，仅在外界大气压的作用下，把树脂导入到模腔中进行填充。
真空导入成型工艺在复合材料成型领域中得到了广泛的推广，在应用领域也被大范围的应用，例如，航天航空、船舶工业，国防工程等行业中应用广泛。
c）夹层结构
夹层结构主要由三层材料组成的复合材料，夹层结构能够降低材料的损失率、把结构重量减轻、基体的刚度增加。可依据所用的芯材形式和种类的不同，分为蜂窝夹层结构、泡沫塑料夹层结构、圆环形夹层结构、矩形和梯形带头作用层结构。
2.玻璃钢复合材料在风力发电叶片中的应用
在整个风力发电机组中，叶片是运行的一个关键部件，叶片的质量优劣会直接影响到整个发电机的性能和能否正常运行。风力发电机叶片分为三个结构：第一结构是根部，其一般以金属作为材料。第二结构是外壳，材质一般为玻璃钢.由基体树脂与双、多轴向织物为增强体符合而成。可根据织物具有的不同材料和结构进行复合，用树脂连接，形成半个外壳，将两个半外壳粘连形成一个完整的承载外壳。第三结构是龙骨，其材质一般是玻璃钢纤维、碳纤维增强复合材料。
目前，在我国风力发电的工程中，大型风力发电叶片主要才有的材料是玻璃钢纤维、碳纤维、玻璃纤维/碳纤维混杂等复合材料。但这些材料中，玻璃钢材料的价格具有明显优势，质量和强度等性能也比其他材料优越，同时玻璃钢材料又具有耐腐性，可设计性等特点，成为大中型风机叶片的主角。
3.结论
能源节约与资源综合利用是世界经济和社会发展的一项长远的战略方针，风能发电具有巨大的发展前景，大力发展风力发电既可以减少环境污染，又可减轻越来越大的能源短缺压力。然而用玻璃钢复合材料制作的风力发电机叶片更是拥有着其他材料所不能比拟的优异性能，随着生产技术的不断发展及对材料要求的不断提高，相信在不久的将来，玻璃钢复合材料风力发电机叶片将会在我国风力发电领域起着重要的作用。
参考文献
[1]李哲，岳剑飞，张利平，曹俊建.《风力发电的趋势及对策》.《华北水利水电学院学报》，2011年6月第3期.
[2]周燕莉.《风力发电的现状与发展趋势》，甘肃科技2008年2月第三期.