碳纤维改变了以往用在航空航天的高冷形象,已经渐渐走入寻常百姓家。特别是最近几年碳纤维比较热门,但是因为价格高、工艺复杂等特殊性,所以发展受限。

但最近几年碳纤维在风电领域应用异军突起,2016年用量首次超过航空航天,成为用量第一大的领域。

这是为什么呢?

分析一下,首先这几年风电产业发展迅速,据报道2013年已经是电力第三大来源。2016年数据表明,火电装机105388万千瓦,水电33211万千瓦,风电14864千瓦,而且最近几年无论国际还是国内,风电的装机容量保持快速增长的势头。

当然行业的增长并不代表碳纤维用量增长就很快。例如,汽车行业增长也足够快,但碳纤维在汽车行业的应用就增长比较慢。其中比较重要的就是,汽车行业应用最多,也比较成熟就是钢材或其他金属(碳纤维及复材目前不好去和塑料比),用金属的思维研究碳纤维就会存在一些问题。而风电行业就不一样。

风电很早就是复材应用比较大的领域了,而且风电领域中应用复合材料的占比非常大!包括叶片、机舱罩、塔筒等主要组成部分,都是复合材料制造的。所以风电领域技术人员对复合材料很熟悉,而碳纤维的应用也基本上都必须制成复合材料。

最近有很多文章谈到碳纤维应用受到局限,原因之一就是设计。如最近一篇《碳纤维应用十大问题》,第四就是设计环节薄弱,问题突出。另外一篇文章谈到复合材料研发中的四位一体,即设计是先导、材料是基础、工艺是关键、实验是保障。

碳纤维在风电上应用,充分体现了设计是“先导、材料是基础、工艺是关键、实验是保障”的原则。传统的方法是预浸料工艺、碳布真空灌注工艺,成本高、效率低。而维斯塔斯采取全新的叶片设计,并使用了拉挤碳板制备叶片大梁。拉挤工艺是复材工艺中效率最高、成本最低、质量最稳定的工艺,而且做出来的产品纤维含量高,充分体现纤维的性能。用于制造叶片,减重40%,成本增加很少,效率提高一倍,优势非常明显。前些年,维斯塔斯还濒临破产,差点被中国企业收购,而该工艺成功后,迅速打开了市场,目前维斯塔斯已经是世界风电老大。而碳纤维在风电的应用也迅速提升。2018年风电领域碳纤维用量超过2万吨,其中最主要贡献就是维斯塔斯的用量。

目前风电领域是碳纤维用量快速增长的重点领域,随着应用技术的成熟,其用量会增加很多,也希望可以给其他领域提供借鉴。

作者简介:

江苏澳盛复合材料科技有限公司技术总监,教育部工程教育认证专家,中国塑料加工工业协会专家组成员,中国复合材料学会会员,江苏复合材料学会常务理事,苏州大学产业导师。多年从事纤维、粉体增强的高分子基复合材料的研发、生产的技术工作,开发了多项产品投入市场,创造良好的经济效益,在科学期刊发表论文20多篇,申请专利多项,其中20多项已经授权。