欧文斯科宁产品及应用开发经理於秋霞:《欧文斯科宁玻璃纤维助推风能叶片新方向》

2019-04-11 东方风力发电网 点击:106
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  2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题一:科技创新 成就未来——“创新材料、革新技术”中,欧文斯科宁复合材料(中国)有限公司上海分公司产品及应用开发经理於秋霞女士做了题为《欧文斯科宁玻璃纤维助推风能叶片新方向》的精彩演讲。

 

  以下为演讲实录:

 

  各位嘉宾和同仁大家下午好,非常荣幸今天有机会代表我们公司,来给大家介绍一下我们在风电领域做的一些工作。



 

  下面我花一点时间给大家做一个介绍,欧文斯科宁是首先发现了玻璃纤维,目前我们公司是有三大块业务,复合材料、建筑材料、屋面材料,2018年销售额71亿美金。目前业务是分布在33个国家,有大约两万名员工。在风电行业里面听到的耳熟能详的一些玻璃纤维的种类,高强波纤都是我们公司在早期过程中开发的,并且一直被沿用到现在。从技术实力来说,我们主要注重三大块技术开发,一个就是在玻璃纤维和窑炉技术,另外就是在玻璃纤维浸润剂,玻璃纤维跟树脂结合了之后界面很重要。另外就是玻璃纤维的下游应外开发。

 

  从区域分布来说,主要在三个区域,北美、欧洲、亚太区。有一个占地6千平米的研发实验室,为整个亚太区复合材料和建筑材料客户服务。目前拥有的专利数量是2000个以上,拥有的一些品牌也在两千多个以上。

 

  从亚太区分布上来说,涵盖了分析、测试,主要包括化学和材料的表征,同时还有复合材料的成型工艺,包括真空灌注,热塑还有相关缠绕的成型工艺的模拟。同时针对风电还有认证实验室,为下游客户提供测试上的帮助。除了测试方面的服务之外,还有一块非常重要的,就是在结构分析和工艺模拟这块,也能给下游客户提供很多在新业务开发方面的一些技术支持。后面四大块是在我们在建材方面的一些应用,包括一些热分析,深学的分析,以及一些燃烧性能的测试。

 

  下面我介绍一下我们做的一些工作,第一我们提出看波混杂的产品,旨在为玻纤行业风电产业提供更长、更轻的叶片解决方案。从技术趋势上面大概是怎么样子的?风电行业从技术趋势上来说,都是围绕着怎么降低度电成本进行了一系列开发,一个方向就是怎么提高叶片的长度,发电量跟叶片的长度是成立方的关系,所以随着叶片长度的增长,其实会带来很多问题。包括对叶片也提出要求,怎么增加长度的同时能够更轻更强,叶片的重量如果降低20%,对于整个风机系统来说,成本可以降低1%,同时叶片重量降低10%,整个年度发电量可以有4%—5%的增长。

 

  我们公司能够给大家带来一些什么?在织物方面我们提出了两个新的产品系列,第一个就是大克重织物,我们有1500克到1800克的织物,目前减重可以到6%。混杂织物这个概念,也不是一个新的概念,我今天在这里要讲的欧文斯科宁混杂的概念,是有别于传统的承接混杂的概念,碳纤和波纤的混杂,可能会有力学性能的问题。我们今天提出的概念是“面内混杂的概念”这个技术是欧文斯科宁专有的技术,在相关应用已经申请了专利。大家如果有兴趣的话,也可以去看一下。

 

  这个技术的优势在哪里?首先是减重,能够带来更长叶片的解决方案,灌注动力上面也和目前传统灌注工艺效果是相当的。同时数据方面做了很多验证和积累,环氧体系里面完成了静态包括疲劳方面的性能测试,还有很多后续的工作,还在进行中。后面我给大家展示一下在性能方面的一些数据,性能一直是大家最关注的,在叶片的应用领域,展现了两个织物类型,碳纤含量15%,另外是碳纤含量25%的织物。从模量上来看,结果可以看出来,碳玻混杂以后模量数据可以到70%,取决于碳纤的含量。整体上来说,提升可以到40%以上,也是可以看到在模量上面能够带来的一些优势。

 

  这页展示在90度拉伸上的一个性能,主要是取决于树脂和界面,碳纤主要发挥的是零度方向上的拉伸强度和模量,从数据上看,跟传统灌注的工艺性能基本相当,跟之前的期望也是一致的。

 

  压缩性能也是大家比较关注的一块,压缩的长度上来看,目前碳波混杂基本上跟现在纯波略有差距,另外一个很明显的优势是强度和模量方面,传统差不多是在46GPa,混杂之后的模量可以到58,甚至接近60这样的水平。压缩它的主要优势,还是体现在模料上面的帮助。

 

  疲劳也是大家非常关注的性能,从静态上来看,碳波混杂的织物技术,基本上可以满足在强度和模量上的要求,从动态疲劳上来看,我们做了拉拉和拉压的疲劳数据,这个曲线是传统纯波纤织物疲劳的性能。结合前面的静态包括动态疲劳的数据,碳玻混杂技术从强度、模量、疲劳、主梁上的应用是有很显著的优势。我们会开发一些更高的碳纤含量的织物,以及还在做一些抗雷击方面的测试。同时还在叶片上面的应用做更多的一些工作,大家如果后面感兴趣的话,会后可以做进一步的讨论。

 

  拉挤大梁的应用,欧文斯科宁作为一个玻璃纤维主要的原材料供应商,在织物方面希望能够给客户带来很多一些解决方案。除了这个之外,我们也希望在工艺方面也能够给客户提供一些新的解决方案。拉挤大梁这个概念也不是一个新的概念,大家都知道目前碳纤拉挤大梁已经成功应用到叶片上,并不是所有的叶片厂商都可以用得起这个碳纤维。目前我们也在看玻纤在拉挤大梁上能做什么工作。

 

  我介绍一下垃挤大梁,为什么要推这个技术呢?拉挤是一个快速成型的工艺,相对于叶片的灌注来说,波纤模量可以做到很高,对比真空灌注玻纤含量来说,它的体积含量可以从55提高到67%,可以从50Gpa上升到60Gpa。这方面会节约很大的时间和人力上的成本,同时可以完全避免波纤织物在铺放过程中产生的一些褶皱的问题,这些褶皱会对后期力学性能产生很大的负面的影响。基于三个方面的原因,我们认为玻纤拉挤大梁有很大的潜力。

 

  这张表里面对比了叶片成型过程中不同的技术,拉挤大梁从性能上来说,跟传统的真空灌注的工艺基本是相当的,跟碳纤拉挤工艺比会大大降低,目前定位的应用是60—70叶片大梁。

 

  欧文斯科宁在叶片拉挤大梁里面,我们能够提供的解决方案,从玻纤角度,有高模量的波纤,这个波纤首先从模量上比现在波纤能够提高10%左右。从疲劳性能上来说,高模量波纤在疲劳性能上也有非常大的优势。

 

  下面给大家展示一下目前在这方面积累的一些数据,展示的是在静态测试结果方面的一些数据,最突出的就是在模量方面的提升,可以从50Gpa提升到60Gpa,对叶片来说也是非常有帮助的。静态的力学性能,也基本能够满足叶片对材料的要求。同时从疲劳的角度来说,我们也做了拉拉疲劳的测试,跟传统的真空灌注比,还有一定的差距,从材料性能角度来说,基本能够满足叶片对材料的一个要求。结合静态和动态的一些疲劳数据,我们认为玻纤拉挤碳梁是非常有潜力的技术,我们还有很多工作在进行中,希望和在座同仁一起开发更多的新的技术应用于叶片,一起助推叶片的市场往更高更强的方向发展。因为时间关系,我的演讲就到这里,大家如果后续对我们这两个项目或者产品有兴趣,可以会后再联系,谢谢大家。

 

  (发言由现场速记整理,未经本人审阅)



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