碳納米管/高分子納米復合材料在風機葉片中的應用研究獲進展

南亞樹脂

    風機葉片是風力發(fā)電機組的重要組成部分，其成本占整個風機的20%以上。近年來隨著全球范圍內對風能開發(fā)的持續(xù)增長，大尺寸甚至超大尺寸葉片（單片長度超過70米）成為風電發(fā)展的主流方向。葉片在服役過程中受到多種外部載荷的聯(lián)合作用（包括彎曲、壓縮、拉伸等），對材料的剛度、強度、耐疲勞等力學性能要求很高。葉片材料的選擇還需考慮諸如材料的加工性、密度、環(huán)境穩(wěn)定性等因素。開發(fā)新型的高性能葉片材料對于提升風機整體性能尤為重要。 中國科學院新疆理化技術研究所環(huán)境科學與技術研究室高分子復合材料團隊分析了碳納米管/高分子納米復合材料用于風機葉片材料的可行性和獨特優(yōu)勢。碳納米管（CNTs）是一種管狀一維納米材料，具有優(yōu)異的力學、電學、熱學等性能。通過在高分子基體中添加少量的CNTs（一般1.0 wt%），就可使材料的性能得到非常顯著的改善。例如在典型的葉片用環(huán)氧樹脂中添加0.5wt%CNTs，材料的導熱率可以提高80%以上。碳納米管/高分子納米復合材料還具有獨特的多功能性質：如納米填料的引入可以同時改善復合材料的模量、強度、韌性、耐疲勞等力學性能，而這種增強效果在傳統(tǒng)的高分子復合材料中幾乎難以實現(xiàn)。通過在風機葉片材料-纖維增強復合材料（FRP）的組分（纖維或基體）中引入碳納米材料（如圖），可以提高基體的性能以及纖維和FRP基體之間的界面作用，進而為改善風機葉片的整體性能提供了可能。 此外，研究人員分析了CNT/高分子納米復合材料的環(huán)境穩(wěn)定性，指出采用此類材料有望提高風機葉片的防雷擊、耐濕、耐熱等性能；利用CNTs優(yōu)異的電學性能設計的傳感材料可用于葉片內部結構缺陷的檢測，從而為預測葉片壽命提供了一種新途徑。 該研究成果發(fā)表在Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014, 30: 651-660上。此項研究工作得到中科院“西部之光”、國家“千人計劃”等項目資助。 相關研究成果受到法國JEC集團的關注，作者受邀于2013年6月在新加坡舉辦的亞洲JEC復合材料展覽會（JEC Asia-2013）上做邀請報告，此報告內容將于近期在能源類期刊《可再生能源評論》上發(fā)表。 論文鏈接風機葉片用纖維增強復合材料中引入CNTs的方法

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何時投入實際應用中

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70米的葉片能承受疲勞不斷裂嗎？

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風機葉片是風力發(fā)電機組的重要組成部分