Va crește semnificativ proporția de aplicare a fibrei de carbon termoplastice în proiectele de energie eoliană?
În prezent, dezvoltarea industriei fibrei de carbon în China se confruntă cu blocaje. Există o ofertă excesivă a capacității de producție de fibre de carbon low-end, care a condus la o scădere semnificativă a prețurilor produselor standard din fibră de carbon din cauza impactului asupra industriilor din aval. Între timp, fibrele de carbon de gamă medie și înaltă nu pot fi produse la scară largă din cauza dificultăților tehnice mai mari, ceea ce duce la o cerere nesatisfăcută în domenii de ultimă generație, cum ar fi aerospațial. Pentru a echilibra cererea și oferta, unele studii sugerează că creșterea constantă a industriei energiei eoliene ar putea absorbi o parte din capacitatea de producție a fibrei de carbon. Cu toate acestea, care este situația reală în industria energiei eoliene? Este nevoie de compozite din fibră de carbon de gamă scăzută sau de gamă medie până la înaltă?
Introducere în fibra de carbon și matricea de rășină în paletele turbinelor eoliene
Turbinele eoliene constau în general din componente precum rotorul, generatorul, mecanismul de rotire, turnul, dispozitivele de siguranță de limitare a vitezei și sistemele de stocare a energiei. Rotorul este alcătuit din mai multe lame lungi, care este punctul central al acestei discuții. Paletele turbinelor eoliene sunt compuse în principal din materiale de bază, materiale matrice, materiale de armare și acoperiri de suprafață. Costul materiilor prime în producerea unei singure lame poate reprezenta până la 70%, incluzând în principal fibre de armare, rășini matrice, materiale de bază, adezivi structurali, metale și accesorii.
În prezent, materialele de armare utilizate la palele turbinelor eoliene sunt în principal fibră de sticlă și fibră de carbon. Pe măsură ce mărimea turbinei crește, lungimea palelor turbinei eoliene crește, de asemenea, ceea ce duce la cerințe mai mari pentru rigiditatea generală. Performanța armăturilor cu fibră de sticlă a atins treptat un blocaj, moment în care avantajele de performanță mecanică ale fibrei de carbon au început să apară. Această tendință de dezvoltare a permis fibrei de carbon și compozitelor să iasă în evidență în industria energiei eoliene și, cu avantajul lor inerent de proprietăți ușoare, acestea pot înlocui fibra de sticlă în viitor.
Cercetările de la „Application and Development of Composites in Large Wind Turbine Blades” indică faptul că modulul fibrei de carbon este de 3 până la 8 ori mai mare decât cel al fibrei de sticlă, în timp ce densitatea acesteia este cu aproximativ 30% mai mică. Acest lucru face posibilă îndeplinirea cerințelor atât pentru extinderea cât și pentru ușurarea lamelor. Conform previziunilor, rata de penetrare a fibrei de carbon în grinzile principale ale turbinelor eoliene onshore și offshore va crește treptat și există o necesitate semnificativă pentru palele mari ale turbinelor eoliene care utilizează grinzi principale din fibră de carbon.
În ceea ce privește rășina matrice din palele turbinelor eoliene, rășina epoxidică și rășina poliesterică nesaturată sunt materialele primare utilizate. Printre acestea, rășina epoxidică este în prezent componenta principală a compozitelor termorezistente din fibră de carbon datorită dificultății sale mai mici de preparare, formei fizice stabile după turnare și performanței generale excelente. Prin urmare, a devenit o parte esențială a industriei actuale a fibrei de carbon. Mai mult, cercetările asupra diferitelor rășini au dezvăluit că rășinile termoplastice au, de asemenea, o compatibilitate ridicată cu fibra de carbon și sunt mai propice pentru reciclare și reutilizare, făcându-le o direcție importantă pentru dezvoltarea viitoare.
Fibra de carbon termoplastică poate înlocui fibra de carbon termorezistentă în paletele turbinelor eoliene?
Există multe tipuri de rășini termoplastice, inclusiv polieter cetonă (PEEK), polieter cetonă (PAEK), polieter cetonă (PEK), polifenilen sulfură (PPS), poliamidă (PA) și polieter sulfonă (PES). Performanța compozitelor termoplastice din fibră de carbon formate din aceste rășini combinate cu fibra de carbon variază foarte mult. Prin urmare, pentru a înlocui pe scară largă fibra de carbon termorigide în industria energiei eoliene, sunt necesare mai multe cercetări și experimente. Înainte de asta, să înțelegem mai întâi avantajele și dezavantajele fibrelor de carbon termorigide și termoplastice.
1. Fibră de carbon termorezistabilă:
A. Proces de întărire: Fibrele de carbon termorigide sunt supuse unui proces de întărire în timpul producției. Odată vindecate, acestea nu pot fi remodelate, ceea ce nu este propice procesării secundare și reciclării.
B. Forță și rigiditate: Fibrele de carbon termorigide prezintă de obicei o rezistență și o rigiditate mai mare decât unele fibre de carbon termoplastic. În plus, rezistența la temperaturi ridicate și rezistența la uzură au propriile avantaje și dezavantaje.
C. Fragilitate: În comparație cu fibrele de carbon termoplastice, fibrele de carbon termorigide pot fi mai fragile și mai predispuse la deteriorare în timpul utilizării efective.
2. Fibră de carbon termoplastică:
A. Reciclabilitate: Un avantaj semnificativ al fibrelor termoplastice de carbon este reciclabilitatea acestora; ele pot fi topite și remodelate de mai multe ori fără pierderi substanțiale ale proprietăților mecanice.
B. Timp de procesare: Timpul de procesare pentru fibrele de carbon termoplastice este în general mai scurt decât cel al fibrelor de carbon termorigide și pot fi procesate folosind tehnici de fabricație inteligente.
C. Rezistenta la impact: Fibrele de carbon termoplastice demonstrează o rezistență mai bună la impact în comparație cu fibrele de carbon termorigide.
3. Comparația aplicațiilor practice:
A. Cost: Fibrele de carbon termoplastice au avantaje în procesare, cu costuri mai mici odată ce tehnologia se maturizează, dar costul ridicat al materiilor prime rămâne o problemă.
B. Maturitatea tehnologiei: Tehnologia și procesele de fabricație pentru fibrele de carbon termoplastice ar putea să nu fie la fel de mature ca cele pentru fibrele de carbon termorigide, deoarece prima are o perioadă de dezvoltare mai scurtă, dar are un potențial mai mare.
Pe scurt, în timp ce fibrele de carbon termoplastice prezintă avantaje semnificative în anumite domenii, înlocuirea pe scară largă a fibrelor de carbon termorigide în palele turbinelor eoliene va necesita cercetări și dezvoltare în continuare.
Va crește semnificativ proporția de aplicare a fibrei de carbon termoplastice în proiectele de energie eoliană?
În prezent, proporția de aplicare a fibrei de carbon termoplastice în proiectele de energie eoliană este destul de mică și nu este sigur dacă va crește semnificativ în viitor. Acest lucru se datorează faptului că avantajele oferite de compozitele din fibră de carbon termorigide - cum ar fi proprietățile ușoare, rezistența ridicată și rigiditatea ridicată - îndeplinesc deja cerințele actuale de utilizare. Chiar și fibrele de carbon de gamă inferioară pot oferi un suport adecvat de performanță, acesta fiind unul dintre motivele pentru care fibrele de carbon de gamă inferioară au fost introduse în industria energiei eoliene pentru a echilibra cererea și oferta în sectorul fibrei de carbon.
Cu toate acestea, industria energiei eoliene se dezvoltă, iar industria fibrei de carbon evoluează, de asemenea. Așa cum performanța fibrelor de sticlă a atins un blocaj, aplicarea fibrelor de carbon termorigide în sectorul energiei eoliene poate întâmpina, de asemenea, limitări în viitor. Poate exista o căutare pentru tehnologii de procesare mai rapide, performanțe mai cuprinzătoare din compozitele din fibră de carbon și matrice de rășină care sunt mai puțin poluante pentru mediu. Acestea sunt tocmai zonele în care fibrele de carbon termoplastice excelează. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care multe companii și instituții, atât pe plan intern, cât și internațional, se angajează să cerceteze fibrele de carbon termoplastice.
