主题发言

重庆国际复合材料股份有限公司首席技术官曾庆文:玻璃纤维创新助力风电叶片持续发展

2021-03-26    东方风力发电网

  各位领导、同仁、朋友:上午好。


  我给大家分享的大概是四个方面的内容,一个是创新方面的,还有叶片发展的,第三个就是风电叶片面临的机会与挑战。


  这一块儿大家很熟悉,比强度、比模量高、可设计性强,实际上这个做好了就会助力风电的发展,用的不好就会毁掉一个产业,像前两年做的沼气储罐,实际上就是在设计的时候没有设计好,就会毁掉一个产业。还有一个就是在复合材料里面,应该说增强材料里面比重最高的就是玻璃纤维了,玻璃纤维在整个增强材料里面的比重接近90%,所以我们现在谈到的什么碳纤维、风能等等,我觉得更多只是一个互补和补充,并不是竞争关系,所以我一直不排斥其他的增强材料。


  也正因为玻璃纤维的性价比高,所以在汽车、电子、风电和环保方面已经得到了非常广泛的应用。在玻璃纤维制造业发展当中,应该说也是中国制造业的一个缩影。从2000年开始,中国玻璃纤维是19.7万吨,大概不到全球10%,而这19.7万吨里面,还有大概三分之二都是中简高简玻璃纤维,而现在中国已经做到了全球的三分之二,而中简、高简玻璃纤维差不多只剩下不到10%了,也就是说现在中国消费量和产量都是全球最大的。但是这个里面的细分还不够强,所以接下来还需要我们业内的同行共同努力。


  那么玻璃纤维是一个不大不小的行列,我们公司的产品系列有一千多的,实际上在玻璃纤维是一个比较合适的玻璃纤维,这是一个技术性系统的工作。我们首先要了解玻璃纤维改变什么东西,实际这一页里面就体现了我们玻璃纤维改变的东西,如果你从这四个方面都考虑到了,基本上你的准确度就可以达到80%到90%了。我们要通过提升玻璃强度、模量、耐腐蚀性,也包括透明性等等。


  另外一个很重要的就是一个好的玻璃纤维怎么把它的强度、模量传递到数字上,这就是界面浸润剂这一块儿了,这一块儿往往是大家忽略的地方,但是它对后期的使用效果、增强效果和耐疲劳效果都有很大的影响。另外还有两个就是切面断面形状,这个大家可能关注的不多,像我们做的扁平纤维你们都没有关注,但是很多人都用到了,就是稍微外观比较好的手机里面都用到了这个扁平纤维,另外还有就是功能性这一块儿。


  这个就是我们玻璃纤维的开发发展,从这个里面可以看得到,风电应该是促进我们玻璃纤维的加速升级的,因为我们从1986年从日本引进有机玻璃,推出第一代耐腐蚀玻璃是2015年的时间。但是我们2018年推出我们的产品之后,基本上现在我们已经推到了TM3了,实际上这个就是另外一个实际上就是在玻璃开发上,越到后面难度越大,越接近天花板,所以这个风电方面后期考虑的就是除了玻璃升级之外,还有其他方面的升级才能满足我们这个行业的发展。


  这个就是关于专利方面的,因为时间关系我就不多说了。那么玻璃纤维最好的现在强度已经进入了碳纤维级别,9微米可以做到3500到3900兆帕。这个就是什么呢?就是成本还相对是比较高的,就是没有大规模,只是应到一些小飞机方面和军工方面。


  除了玻璃本身的强度模量提升,另外一个很关键的就是界面浸润剂的提升,实际上界面浸润剂的提升也严重依赖于研究材料的提升,在这一块儿其实也是我们的一大优势。


  那么玻璃纤维最重要点就是它的表面积比较大,另外就是可以反应的硅醇键。玻璃纤维的表面涂层的厚度也很薄,仅只有几十纳米,而且对于复合材料,涂层是具有非常关键的作用的。


  这个就是界面浸润剂的作用,一个是要保证原丝顺利的成型,还有一个就是把玻璃纤维的高强度、高模量有效的传递,实现更好的性能。你看我们这个TM高模玻璃纤维,2009年我们就实现了量产,真正在风电里面是在2014年才得到了大量的应用,应该说话了五年的时间才把它变成了一个真正有价值的用到风电方面的一个高性能的材料。


  那么另外一个就是如果说在玻璃纤维表面做一些微纳结构,这些就可以帮助我们再平衡玻璃纤维反应活性和存放期,还有平衡静态性能、疲劳性能,平衡模量转化率,也包括我们在做复合材料的时候树脂黏度和成型工艺性。


  应该说无剂的玻璃纤维浸润剂升级,和有机界面浸润剂的升级就推动了高性能玻璃纤维的发展。我们针对不同的树脂体系形成了系列。我们在这里可以看到,我们都已经形成了完整的系列,后面我会跟大家分享一下。


  实际上就是碳达峰和碳中和实际上给我们的风电带来了很好的机会,也就是宏观上肯定是会很好的。另外一个就是平价化又给我们的材料带来了很大的挑战,实际上最重要的就是材料性能的提升,作为叶片肯定是希望做的越长越大约好,希望我们的材料减重量越高越好。那么大概就有三种处理方式,第一个就是把千瓦的模量提高,但是这个大概就是提高到2%以内,如果再要提高模量怎么办?那就需要换跑道了,就是采用聚氨酯树脂体系,因为聚氨酯树脂体系的冷凝比较好,那么这个怎么用到叶片方面呢?这个就是我们一直在致力于推动的事情,应该说今年已经有一些结果了,所以就是说这个可以把模量再提升7%,但是对于叶片设计还是不够,那么就可以换成拉挤板材,基本上可以提升2%的模量。


  这个就是同的,我们通过改变处理剂提升浸润性,来满足更好的罐装效率,还有就是削弱工艺和性能对时间的敏感性。另外一个就是平衡的纤维含量和疲劳性。


  这个大家可以看一下,因为我们是实测的是到21M,实际上它的性能衰减是比较少的,是90度方向评价他们的最好的方式之一。这个就是现在我们在环氧体系当中做的一个高玻产量,这个的疲劳性能还不错,如果再往上增加,实际上相对是疲劳性能就更多了。那么聚氨酯方面我们希望能够做高玻璃纤维模量,而且保证好疲劳性能,那么在我们改变处理机这一块儿,除了让纤维的温度、湿度不这么敏感,另外一个就是梯度的设计,让纤在灌注方面有更好的工艺性能。另外一个就是利用高模量玻璃纤维和树脂的优势,把它做一个纤维含量和模量都更高,提升疲劳性的一个产品。


  这个大家可以看一下,实际上这一块儿是我们的试验,为什么做这个试验呢?我们是2012年做到了39米,2018年做到57.5米了。去年我们才做出一个全聚氨酯叶片,就是64.2米的,因为我们的客户是希望强度、模量、疲劳度都是更好的产品,所以这就是我们新一代高纤维模量玻璃纤维,它也具有很好的效果。这里我们看一下就行了。这个模量做的是54,疲劳性能的M值是9。


  另外如果再提高怎么办呢?我们就需要进一步再改变工艺了,就是采用拉挤板材,采用拉挤的话,相对来说它对纤维的损伤少,还有一个是新的灌注工艺,它的性能更稳定,而性能更稳定,叶片设计的时候就可以把性能发挥的更充分。另外可以加载更高的玻璃纤维含量,得到更高的模量,所以这几个就奠定了未来风电叶片发展使用片长的一个技术上的必然之路。


  实际上这个像我们也差不多就是花了五年的时间,2015年开始做这个。另外就是现在我们的机会和挑战,规划是到2060年达到3000兆瓦。这个我们就看一下,我们直接看后面的结果就行了。这个是我们的通透性还很好,这个是测了不同温度下的性能,大家可能担心它对温度的敏感性,实际上这一款的性能是没有问题的。那个是疲劳性能,基本上可以达到传统的环氧树脂性能。


  因为可能时间的关系,其他后面的我就不再说了。谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核)