一、引言
在全球能源轉型背景下，風力發電作為可再生能源的核心技術之一，正迎來快速發展。截至2023年7月，我國風電裝機容量已達3.9億千瓦，同比增長14.3%。葉片作為風力發電機的關鍵部件，其性能直接影響發電效率與可靠性。熱固性復合材料因其優異的力學性能、耐腐蝕性成為主流選擇，但其回收難題制約可持續發展。本文將從制備工藝創新、再生性能評估及未來方向三方面探討熱固性復合材料在可回收風力發電機葉片中的應用。
二、熱固性復合材料在風力發電機葉片中的應用現狀
材料優勢與挑戰
碳纖維增強復合材料（CFRP）：比玻璃纖維輕30%，模量高3-8倍，顯著提升葉片剛度和抗疲勞性能，但成本高昂（約為玻璃纖維的10倍）。
葉片大型化趨勢
隨著單機容量提升，葉片長度已突破100米，對材料強度、剛度提出更高要求。碳纖維成為超大型葉片的核心材料，部分企業通過碳玻混雜（如1:2和2:3混雜比）平衡性能與成本。
三、熱固性復合材料葉片的制備工藝創新
界面優化技術
等離子體處理：提升碳纖維表面能至82mJ/m²，層間剪切強度提高35%。
納米涂層：碳納米管（CNT）涂層使界面粘結強度提升40%，賦予導電/導熱功能。
共混改性：聚醚醚酮（PEEK）與環氧樹脂共混形成半互穿網絡，斷裂韌性提升60%。
高效成型工藝
樹脂傳遞模塑（RTM）：空客A350機翼后緣采用此工藝，重量減輕30%，成本降低25%。
真空輔助樹脂灌注（VARI）：結合微波固化技術，固化周期從8小時縮短至2小時，能耗降低70%。
3D打印：波蘭3Dfy項目實現纖維體積含量65%的連續纖維增強打印，材料利用率提高60%。
四、熱固性復合材料的再生性能評估
回收技術挑戰
溶劑分解法：超臨界流體（如正丙醇）在45℃、5MPa下可高效分離碳纖維，但能耗高。
熱解法：高溫熱解（520-550℃）回收碳纖維拉伸強度保留85%，但需專業廢氣處理設備。
機械回收：粉碎后作為建筑材料填料，但粉塵污染嚴重，回收纖維長度短（<10mm）。
化學回收：
再生材料性能
力學性能：回收碳纖維拉伸強度為原絲的75%-85%，層間剪切強度基本穩定。
熱性能：再生樹脂玻璃化轉變溫度（Tg）下降10%-15%，需通過納米摻雜改性。
評估方法
無損檢測：超聲波、X射線檢測內部缺陷（如分層、孔隙），工業CT精度可達0.01mm。
加速老化試驗：模擬20年服役環境，評估再生材料耐濕熱、抗紫外線性能。
五、未來研究方向
材料設計
可降解熱固性樹脂：開發受熱或光照可分解的樹脂體系，如生物基環氧樹脂。
混雜纖維：玄武巖纖維、芳綸纖維與碳纖維混雜，提升耐候性并降低成本。
工藝優化
自動化制備：推廣拉擠成型技術，江蘇恒神等企業已實現大絲束碳纖維葉片量產。
閉環回收系統：建立葉片全生命周期數據庫，實現退役葉片高效拆解與分類。
政策支持
標準制定：推動回收碳纖維力學性能測試標準（如ISO 527、ASTM D790）。
碳交易機制：將葉片回收納入碳減排核算，激勵企業采用可回收材料。
熱固性復合材料在風力發電機葉片中的主導地位不可撼動，但其回收難題亟待突破。通過界面優化、高效成型工藝及化學回收技術創新，結合政策引導，可推動葉片向“輕量化-高性能-可回收”閉環發展。未來，開發兼具環保性與經濟性的熱固性復合材料體系，將是實現風電產業可持續發展的重要方向。
