夾心材料在復合材料產(chǎn)品中的應用不足為奇,三十多年以來,泡沫、巴沙木及蜂窩芯材已成了船舶外殼及甲板夾層結(jié)構(gòu)中的主要材料。此外,夾心材料還在許多建筑、能源、基礎設施及運輸裝置的零部件中得以應用。然而,在過去的五年內(nèi),夾心材料在風機葉片制造上的應用迅速增加,而且風機葉片制造行業(yè)也表示夾心材料在各種夾心結(jié)構(gòu)中的應用會達到前所未有的狀態(tài)。風能市場的擴張以及它所表現(xiàn)出來的影響力將改變芯材的制造及在其復合材料結(jié)構(gòu)中的應用。為了滿足風電行業(yè)的高強度,輕質(zhì)量及低成本要求,作為回應,芯材制造商及裝配商攜手研發(fā)新型夾心材料。

西門子(Siemens AG)制造的風機葉片(圖片來自德國西門子公司)
眾所周知,夾心材料具有非凡的吸引力。不論是何種形狀的芯材,它都具有低密度即低質(zhì)量比的特點,而且其價格相對而言也很低。在夾層結(jié)構(gòu)中,芯材兩側(cè)的對面為增強玻璃纖維或樹脂表層。不論這些表層結(jié)構(gòu)采用的是何種原材料,它們具有比其它任何結(jié)構(gòu)都強,也就是最好的機械性能和硬度。而且,現(xiàn)有的芯材種類非常多,從巴沙木到泡沫再到蜂窩,因此夾心材料就可以提供廣泛的材料密度,幾何形狀,加工工藝,價格及物理性能。
面臨生產(chǎn)更長、更大、通常也更重、且可多年使用的葉片的重任,風機葉片制造商開始注重產(chǎn)品的質(zhì)量。在一系列設計及制造風機的循環(huán)過程中,通過對所有可能用于制造風機葉片的芯材進行挑選,風機葉片制造商對一些特定的材料產(chǎn)生了偏愛,同時他們還傾向于那些能夠供應可滿足日益嚴格產(chǎn)品規(guī)格芯材的供應商。
在經(jīng)濟衰退到來之前,風電行業(yè)以高于國內(nèi)生產(chǎn)總值增長率的速度連續(xù)五年保持穩(wěn)定增長。風電行業(yè)的這些增長大部份發(fā)生在美國,從某種程度上講,這是由能源市場上的價格的靈活性及政府刺激機制所激發(fā)的。
盡管,經(jīng)濟衰退減慢了風電行業(yè)的行動腳步,但是大部份預測表明,未來五年,風機葉片制造領域即使不能成為復合材料行業(yè)中最大的部門,也會位于最大部門之列。在2008年6月一次有關風機葉片用復合材料的報告中,Composite
Market Reports研究公司的副總裁Chris Red推測說,2017年,全球0.75兆瓦到2.5兆瓦以上風機用葉片的產(chǎn)量會達到14萬組。
風電行業(yè)的發(fā)展促進了葉片制造業(yè)務的展開,2006年許多公司開始生產(chǎn)風機葉片。丹麥LM Wind Power公司(前LM Glasfiber公司),維斯塔斯集團(位于丹麥蘭德斯),西門子(位于德國埃朗根),TPI Composites(位于美國斯科茨代爾),歌美颯(位于西班牙馬德里)及其它一些風機制造商宣布在全球范圍內(nèi)大規(guī)模擴建工廠,用以生產(chǎn)風機、機艙罩及葉片。
風機葉片制造業(yè)這一爆炸性的增長給風電行業(yè)及復合材料行業(yè)帶來了不可思議的影響。其中最為重要的是,隨著風機安裝數(shù)量不斷增多,人們希望花費極少維護,就可以讓風機在風中直立旋轉(zhuǎn)長達25年之久。這就要求葉片在構(gòu)造上必須達到日益增長的精度、重量及質(zhì)量一致性的高標準?,F(xiàn)在這些標準已貫穿整個風機制造行業(yè),然而在十年前卻非常少見。位于英國懷特島的顧瑞特公司是一家樹脂、夾心材料及模具供應商,該公司業(yè)務開發(fā)部的總裁Peter
George說:“風電行業(yè)已經(jīng)從一個采用襪子—涼鞋—馬尾辮方法的行業(yè)發(fā)展成了一個重要的以產(chǎn)品質(zhì)量和一致性為中心的行業(yè)。”
就目前狀況而言,風機葉片市場將成為復合材料行業(yè)中夾心材料的第一消耗者。隨著風機葉片市場需求的不斷增加,它對芯材技術的要求也會越來越高。
夾心材料的特征