一、引言
在全球能源转型背景下，风力发电作为可再生能源的核心技术之一，正迎来快速发展。截至2023年7月，我国风电装机容量已达3.9亿千瓦，同比增长14.3%。叶片作为风力发电机的关键部件，其性能直接影响发电效率与可靠性。热固性复合材料因其优异的力学性能、耐腐蚀性成为主流选择，但其回收难题制约可持续发展。本文将从制备工艺创新、再生性能评估及未来方向三方面探讨热固性复合材料在可回收风力发电机叶片中的应用。
二、热固性复合材料在风力发电机叶片中的应用现状
材料优势与挑战
碳纤维增强复合材料（CFRP）：比玻璃纤维轻30%，模量高3-8倍，显著提升叶片刚度和抗疲劳性能，但成本高昂（约为玻璃纤维的10倍）。
叶片大型化趋势
随着单机容量提升，叶片长度已突破100米，对材料强度、刚度提出更高要求。碳纤维成为超大型叶片的核心材料，部分企业通过碳玻混杂（如1:2和2:3混杂比）平衡性能与成本。
三、热固性复合材料叶片的制备工艺创新
界面优化技术
等离子体处理：提升碳纤维表面能至82mJ/m²，层间剪切强度提高35%。
纳米涂层：碳纳米管（CNT）涂层使界面粘结强度提升40%，赋予导电/导热功能。
共混改性：聚醚醚酮（PEEK）与环氧树脂共混形成半互穿网络，断裂韧性提升60%。
高效成型工艺
树脂传递模塑（RTM）：空客A350机翼后缘采用此工艺，重量减轻30%，成本降低25%。
真空辅助树脂灌注（VARI）：结合微波固化技术，固化周期从8小时缩短至2小时，能耗降低70%。
3D打印：波兰3Dfy项目实现纤维体积含量65%的连续纤维增强打印，材料利用率提高60%。
四、热固性复合材料的再生性能评估
回收技术挑战
溶剂分解法：超临界流体（如正丙醇）在45℃、5MPa下可高效分离碳纤维，但能耗高。
热解法：高温热解（520-550℃）回收碳纤维拉伸强度保留85%，但需专业废气处理设备。
机械回收：粉碎后作为建筑材料填料，但粉尘污染严重，回收纤维长度短（<10mm）。
化学回收：
再生材料性能
力学性能：回收碳纤维拉伸强度为原丝的75%-85%，层间剪切强度基本稳定。
热性能：再生树脂玻璃化转变温度（Tg）下降10%-15%，需通过纳米掺杂改性。
评估方法
无损检测：超声波、X射线检测内部缺陷（如分层、孔隙），工业CT精度可达0.01mm。
加速老化试验：模拟20年服役环境，评估再生材料耐湿热、抗紫外线性能。
五、未来研究方向
材料设计
可降解热固性树脂：开发受热或光照可分解的树脂体系，如生物基环氧树脂。
混杂纤维：玄武岩纤维、芳纶纤维与碳纤维混杂，提升耐候性并降低成本。
工艺优化
自动化制备：推广拉挤成型技术，江苏恒神等企业已实现大丝束碳纤维叶片量产。
闭环回收系统：建立叶片全生命周期数据库，实现退役叶片高效拆解与分类。
政策支持
标准制定：推动回收碳纤维力学性能测试标准（如ISO 527、ASTM D790）。
碳交易机制：将叶片回收纳入碳减排核算，激励企业采用可回收材料。
热固性复合材料在风力发电机叶片中的主导地位不可撼动，但其回收难题亟待突破。通过界面优化、高效成型工艺及化学回收技术创新，结合政策引导，可推动叶片向“轻量化-高性能-可回收”闭环发展。未来，开发兼具环保性与经济性的热固性复合材料体系，将是实现风电产业可持续发展的重要方向。
