碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展
碳纤维复合材料在风电叶片中的应用
衡 ， 高 了风 能利用 效率 。 提 同时 ， 纤 碳 维 的轻质高强特性 可使 叶片能够设计 成 更薄 更有 效 的结构 形式 ， 叶片更 细
长 ， 高 了能量 的输 出效率 。 外 ， 提 此 在 大型柔性风 电叶片结构 中如主梁 帽和
３ 提高叶 片对恶劣环境的适应性 ．
风 机 长期 在 恶 劣 的 自然 条 件 下 工作， 湿度 、 劳 、 风雨 和雷 击等 因 疲 暴 素都可 能使 风 电叶 片易于 受到 损坏 。 ＣＦＲＰ 不仅具有 高的抗压缩 强度 和优
－ 垒球 最电年 度絮计装 枫窑惫
向发展 。 图 ２ 以看 出 ， 世 纪 ８年 从 可 ２ ０ ０ 代 末期 到 ９ 年代 初期 ， 流 的风 电机 ０ 主
组单机容量 为 ５ ０ ， ０ ｋｗ 发展到今 天 ， 已 经 出现 了单 机容 量 为 ７ ＭＷ 的风力 发 电机组 ， 美国爱那康公司 （ ｎ ｒ ｏ ） Ｅ ｅ ｃ ｎ 的
随着 叶 片长度 的 增加 ， 材料 的 对 强度 和刚度等性 能提 出了更 加苛 刻的 要求， 尤其 是近 几 年发展 迅速 的海 上 风 电开发需要 更轻质 、 抗拉力更强 、 更
耐腐 蚀的 新材料 。 玻璃 纤维 复合 材料 （ Ｆ ） 代风 电叶片采用最普遍 Ｇ ＲＰ 是现 的复 合材料 ， 占据着 大 型风 机 叶片材
１提高 叶片刚度 ，减轻叶片质量 ．
ＣＦ ＲＰ的 比强度 （ 强度／ 度 ） 密 约 是ＧＦＲＰ ２ ， 的 倍 比模 量 （ 模量／ 度 ） 密 约是ＧＦ 的 ３ 。 ＲＰ 倍 对于用 于相 同功率 机组 的风 电叶片 ， 碳纤 维 的使用 可使 叶 片 的重 量 大 幅 下 降 （ ３ 。 中材 图 ）如
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碳纤维的十六个主要应用领域及近期技术进展(一)
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第３ ５卷 ２ ０ １ ７年 第 １ 期
产业用纺织品
综 述
碳 纤 维 的十 六 个主 要应 用领 域 及 近 期技 术 进展 （ 一）
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军委 后 勤保 障部 军需 装备研 究所 ， 北 京 １ ０ ０ ０ ８ ２ ¨ ｐ
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摘
要： 对碳 纤 维 在 导弹 、 空 间 平 台和 运 载 火箭 ， 航 空器， 舰船 ， 轨 道 交通 车辆 ， 电动汽车 ， 卡 车， 风电叶 片， 燃 料
关键词 ： 碳纤维 ， 碳 纤 维 增 强 树 脂 ，应 用
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文 献标 志 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ４ ７ ０ ９ ３ － （ ２ ０ １ ７ ｝ ｏ ｌ 一 （ ） （ ） （ ） ｌ Ｉ Ｏ ６
风力发电叶片材料及工艺研究
风力发电叶片材料及工艺研究风力发电是当前世界上新能源领域发展最为迅速的技术之一。
而风电机组的核心部件之一便是叶片。
随着近年来风力发电技术的快速发展，人们对叶片材料和工艺的研究也越来越深入，以期提高叶片的效率和使用寿命。
本文将就风力发电叶片的材料以及工艺研究作一全面的探讨。
一、叶片材料1. 玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastics，简称GFRP）GFRP是目前主流的叶片材料。
它广泛应用于各个领域，包括建筑、运动器材、航空航天和汽车制造等。
GFRP的优点包括强度高、重量轻、刚度大、不易疲劳、绝缘性好等。
由于风力发电叶片需要忍受长期的机械弯曲和拉应力，因此选择GFRP作为叶片材料非常合适。
2. 碳纤维增强塑料（Carbon Fiber Reinforced Plastics，简称CFRP）CFRP的强度、刚度和冲击性能均更好于GFRP。
然而，由于其成本较高，CFRP在风电行业的应用较少。
随着技术的不断进步，人们正在研究如何将CFRP应用于风电叶片，以期提高风力发电的效率和降低成本。
3. 木材在某些情况下，木材也可以作为叶片材料。
它的成本相对较低，而且可以被视为一种可再生的资源。
然而，木材的抗弯强度和疲劳性能都较差，需要做出一些复杂的设计和加固工作。
4. 其他材料还有一些材料正在被研究用于风力发电叶片的制造中。
例如，纳米增强复合材料、生物基复合材料等。
这些“绿色材料”由于其资源环保、能耗低等特点受到高度关注。
二、叶片制造工艺1. RTMRTM（Resin Transfer Molding，树脂注塑）是现在最主流的叶片制造工艺之一。
在RTM工艺中，树脂通过注塑进入预先设计好的模具中，充填到各个纤维层之间。
当树脂固化之后，叶片结构就得以形成。
RTM工艺的优点之一是制造过程中可以控制材料的粘度，以确保树脂在模具中充分填充各个空间。
2. VARTMVARTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，真空辅助树脂注塑）是一种与RTM类似的注塑工艺。
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展随着风电行业的快速发展，对于风电叶片的要求也越来越高。
传统的风电叶片主要使用玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastics, GFRP），但其在抗风荷载、承载能力、疲劳性能等方面存在一定的不足。
为了提高叶片的性能，碳纤维及复合材料得到了广泛研究和应用。
1.碳纤维增强塑料（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）：以碳纤维为增强体的塑料基质材料，能够显著提高叶片的强度和刚度。
与传统的GFRP相比，CFRP具有更高的拉伸强度和模量，能够有效地减缓叶片在风荷载下的振动，并提高承载能力。
2.碳纤维树脂复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）：由碳纤维和树脂组成的复合材料，具有优异的力学性能和耐久性。
CFRP在风电叶片中的应用可以大幅度减轻叶片的重量，提高叶片的结构强度和疲劳寿命。
3.纳米碳管/纤维复合材料：纳米碳管和纤维相结合的复合材料，具有高强度、高导热性和良好的阻尼效果。
纳米碳管/纤维复合材料在风电叶片中的应用可以提高叶片的力学性能和耐久性，特别是在复杂的风荷载环境下表现出优异的阻尼效果。
4.天然纤维增强复合材料：将天然纤维（如竹纤维、麻纤维等）与树脂相结合形成的复合材料，具有较低的成本和环境友好性。
天然纤维增强复合材料在风电叶片中的应用可以减少对有限资源的依赖，并降低生产过程的能耗和排放。
5.混合增强复合材料：将碳纤维、玻璃纤维和天然纤维等不同种类的纤维相结合，形成混合增强复合材料。
混合增强复合材料在风电叶片中的应用可以充分利用不同纤维的优势，提高叶片的综合性能。
总的来说，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展迅速，为提高叶片的性能和可靠性提供了新的解决方案。
随着技术的不断创新和进步，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用将会得到进一步推广和应用。
碳纤维材料在风电领域中的应用
省（ 、 ） 区 市 江苏 福建
生产 叶片 ， 要 的 １ 大供 应 商见 表 ２ 主 ０
力 技术 集 团 （ 以下 简称 “ 斯塔 斯 ” 、 维 ） 通用 电气公司等 国外风 电供应商 的市 场份 额则急剧 下降。
计安 装 风 电机组 ３ ８台 、 机 容量 ４４５ 装
４ ３ ．９ Ｗ ， 比增 长 ７ ．％。００ ４ ７３ ２Ｍ 同 ３ ３ ２ １
碳纤维材料在风电领域中的应用
一 文／ 李 峰
河 南永 煤碳 纤维有限公 司
风 能作为最 清洁 、 安全 的能源 ， 最
望２ １） ００） 显示 ， ０ ０ 报告 到２２ ￣风能可满足 全球 １％的 电力 需求，００ ２ ２ ３￣可达 ２０， ２０ ／
２ 国内发展现状 ．
目前 ， 国 平 均 风 功 率 密 度 为 我 １０ ／ 陆 地 风 能资 源 总储 量 约 ｏｗ ｍ ，
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图 １ ２０ － ００ ０ ０ ２ １ 年全球风电累计和新增 装机容量
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量 １ ２ ．９ ８９ ７ ９ＭＷ ， 同比增长 ３ ．％； ７ １ 累
二、风 电企业生产现状
１ 国外风 电企业 ．
全球 大型风 电供应 商均 自主研 发
预 计到 ２ １年 末 ， 国风 电累计 装机 ０５ 我
容量 将达到 １０～１ ０ ０ ５ ＧＷ 。
装机容量见表 ３ 所示 。
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图２ ０ ０ ２ １ 年我国风 电累计和 新增装机容量 ２ ０ — ０ ０ 表１ ２ ０ － ０ ０ ９ ２ １ 年我国部 分省市风 电累计装机容 量 ０
大型碳纤维复合材料风机叶片成型工艺与发展
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表 １ 各 种 增 强 材 料 主 要 性 能
３期
马祥林 ， ： 等 大型碳纤维复合材料风机叶片成 型工艺 与发展
碳纤 维 的刚度 是 玻 璃 纤 维 的 ３倍 ， 成 的 复 合 制 材料 是玻 璃 钢 的 ２倍 ， 且碳 纤 维 增 强 叶片 的质 量 比 纯玻纤 的轻 约 ３ ％ 。特 别 是 制 造 承 载 能 力 高 的 大 ２ 型 叶片时 ， 强度 和 刚度要 求 较 高 的部 位 （ 如翼 缘 ） 必
须使 用碳 纤维 作增 强材 料 。碳纤 维 的导 电性还 可 有
采 用不 同 的成型工 艺 。
目前 ， 电领 域 纤 维 复合 材 料成 型 工艺 主 要包 风 括 ：１ 传 统工 艺 ， 手 糊 、 绕 、 （） 如 缠 热压 罐 、 挤 ；２ 拉 （） 预成 型工 艺 ， 如树脂 转 移模 塑 Ｒ Ｍ、 空辅 助 Ｖ Ｒ Ｔ 真 Ａ ． Ｔ 树 脂渗 透 Ｒ Ｉ树脂 注入 Ｓ ＲＭＰ （ ） Ｍ、 Ｆ、 Ｃ Ｉ ；３ 其它 成 型
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风力发电叶片制作工艺介绍
风力发电叶片制作工艺介绍Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。
根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。
1碳纤维在风力发电机叶片中的应用叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。
纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。
但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。
国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。
1）提高叶片刚度，减轻叶片质量碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。
大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。
荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。
据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。
VestaWindSystem公司的V90型发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型发电机且为39m长的叶片质量相同。
同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。
碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势
国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势自上世纪60年代碳纤维首次商业化以来，产业规模不断扩大，产品品质不断提高，2014年全球碳纤维产能（365天连续生产12K/24K 碳纤维丝束计算）已达到12.6万吨。
尽管碳纤维与传统的玻璃纤维在价格上仍不能相比，但高性能碳纤维以其高比强度、高模量、可设计、防腐蚀和抗疲劳等突出特点，具有玻璃纤维所不能比拟的优势，已成为发展先进武器装备的关键材料，并在航空航天、国防军工、风能产业、土木工程、体育休闲等领域得到了广泛应用。
当前，国际复合材料产业呈现蓬勃发展态势，据估计，未来5年，先进复合材料将以每年5%的增速发展，而随着民用航空、汽车工业等领域的快速发展，全球高性能碳纤维需求量的年增幅可达10%，亚太地区将会有更高的增长率，即碳纤维及其复合材料产业将面临前所未有的发展空间和机遇。
因此，在目前碳纤维产业快速发展的关键时期，我们更应该认清国际碳纤维产业的发展形势、对照国外先进企业找差距找问题，通过理性思考寻求解决途径，适时把握发展机遇，落实行动、注重实效，努力推进国内碳纤维及其复合材料产业的健康快速发展。
1、国外碳纤维产业现状及发展趋势1）产业方面根据前躯体原料的不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基碳纤维等。
由于粘胶基碳纤维在制备过程中会释放出毒性物质二硫化碳，且工艺流程长、生产成本高、整体性能不高，因此目前，国际碳纤维产业领域，前两种碳纤维获得了更大规模的生产和应用。
其中，PAN基碳纤维又占据绝对优势，国际市场占有率超过90%。
PAN基碳纤维的九大生产商包括：日本东丽、东邦、三菱丽阳、美国赫氏（Hexcel）、氰特（Cytec）、卓尔泰克（Zoltek，已被东丽收购）、台塑、土耳其阿克萨（AKSA）和德国西格里（SGL）。
沥青基碳纤维的生产和应用居其次，主要生产企业三家，分别是Cytec、三菱塑料和日本碳素纤维。
PAN基碳纤维分为小丝束（1-24K）和大丝束（36K及以上）两类。
碳纤维及其复合材料研究进展
碳纤维及其复合材料研究进展（江苏理工学院材料工程学院12110116 于小健）摘要：本文在对碳纤维介绍的基础上，简单阐述了碳纤维的结构、特性及分类，并着重介绍了碳纤维复合材料的性质、分类、应用及成型方法，包括手糊成型，树脂传递模塑，喷射成型，注射成型，纤维缠绕成型及拉挤成型工艺。
关键词：碳纤维；复合材料；分类；成型Research progress of carbon fiber composite material Abstract: Based on the introduction of carbon fiber, briefly discusses the structure, characteristics and classification of carbon fiber, and emphatically introduces the properties of carbon fiber composite materials, classification, application and molding method, including hand lay-up molding, resin transfer molding, injection molding, Forming and pultrusion fiber windingKeywords: carbon fiber; composite material; classification; molding0.序言碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种含碳量在95%以上的新型纤维材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
碳纤维复合材料的研究进展及其应用
碳纤维复合材料的研究进展及其应用碳纤维复合材料是一种由高强度的碳纤维与树脂基体组成的复合材料。
由于具有高强度、低密度、优异的耐高温性能以及良好的耐腐蚀性等特点，碳纤维复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用。
本文将对碳纤维复合材料的研究进展及其应用进行探讨。
首先，碳纤维复合材料的研究进展主要集中在材料的改性与强化方面。
目前的研究包括改进纤维表面处理技术、改善树脂基体的改性方法以及提高复合材料界面结合强度等方面。
例如，通过改进氧化法和表面改性方法，可有效提高碳纤维的表面活性，增加与树脂基体的相容性，提高界面结合强度。
同时，研究人员还通过添加纳米颗粒等方法，实现了对碳纤维复合材料性能的进一步增强。
其次，碳纤维复合材料在航空航天领域具有重要的应用价值。
碳纤维复合材料的低密度和高强度使其成为制造飞机和航天器的理想材料。
目前的研究主要集中在开发高性能、轻质碳纤维复合材料结构件，以减轻飞机和航天器的重量、提高燃油效率和载重能力。
比如，碳纤维复合材料可以应用于飞机机身、机翼、尾翼等部件的制造，能够显著提高航空器的综合性能。
此外，碳纤维复合材料在汽车制造领域也有广泛的应用。
由于碳纤维复合材料具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，它可以减轻汽车重量，提高车辆的燃油经济性和行驶性能。
目前的研究主要集中在开发碳纤维复合材料车身结构的制造工艺和材料设计。
例如，研究人员正在探索如何将碳纤维复合材料应用于汽车车身各个部位，设计出更轻、更坚固的车身结构。
此外，碳纤维复合材料还在船舶制造、体育器材制造等领域有着广泛的应用。
在船舶制造领域，碳纤维复合材料可以替代传统金属材料，减轻船舶重量，提高船舶的速度和燃油效率。
在体育器材制造领域，碳纤维复合材料可以制造出更轻、更坚固的高尔夫球杆、网球拍等器材，提高运动员的竞技水平。
总之，碳纤维复合材料的研究进展及其应用前景广阔。
随着材料科学和工艺技术的不断发展，碳纤维复合材料将在更多的领域得到广泛应用，推动相关产业的发展。
风电叶片发展历程
风电叶片发展历程风电叶片是风力发电机组的核心部件之一，它负责将风能转化为机械能，并驱动发电机发电。
随着风力发电技术的不断发展，风电叶片也经历了多个发展阶段。
第一阶段：木质叶片时代早期的风力发电机主要采用木质叶片，这些叶片通常由木材制成，形状简单，重量较轻。
木质叶片的制造工艺相对简单，成本较低，但由于木材的机械性能较差，其弯曲和扭转性能有限，限制了风电机组的功率和效率。
第二阶段：金属叶片时代随着材料科学的进步，金属材料开始应用于风电叶片的制造。
金属叶片相对于木质叶片来说，具有更好的强度和刚度，能够承受更大的风力载荷，提高了风力发电机组的功率输出。
同时，金属材料的可塑性也使得叶片的形状更加多样化，提高了风力发电机组的效率。
不过，金属叶片的制造工艺较为复杂，成本较高，同时金属材料容易受到腐蚀和氧化的影响，需要进行定期的维护和保养。
第三阶段：复合材料叶片时代随着复合材料技术的发展，复合材料叶片开始逐渐取代金属叶片成为主流。
复合材料叶片由玻璃纤维、碳纤维等材料与树脂基体复合而成，具有较高的强度和刚度，同时重量轻、耐腐蚀、耐疲劳等优点。
复合材料叶片的制造工艺相对复杂，需要采用模具成型和真空吸塑等工艺，但由于其材料性能的优异，使得风力发电机组的功率和效率得到了进一步提升。
同时，复合材料叶片的使用寿命也较长，减少了维护和更换叶片的成本。
第四阶段：创新型叶片时代风电叶片的发展进入了创新型叶片时代。
在这个阶段，人们开始探索新型材料、新型结构和新型制造工艺，旨在进一步提高风力发电机组的功率和效率。
例如，一些研究机构和企业开始尝试利用纳米材料和生物材料制造叶片，以期在材料性能和环境友好性方面取得突破。
另外，一些新型叶片结构，如变桨叶片、弯曲叶片等也开始得到广泛研究和应用，以提高风力发电机组的适应性和可靠性。
总结起来，风电叶片的发展经历了木质叶片时代、金属叶片时代、复合材料叶片时代和创新型叶片时代。
随着技术的进步和需求的不断变化，风电叶片也在不断演化和创新，为风力发电的可持续发展做出了重要贡献。
碳纤维复合材料的成型工艺及应用
碳纤维复合材料的成型工艺及应用威海光威复合材料股份有限公 264202威海光威复合材料股份有限公司 264202摘要：复合材料的轻量化研究已成为现代设计制造领域的主流。
随着社会对节能减排的要求越来越高，轻质材料将广泛应用于各个领域。
简要介绍了几种具有代表性的碳纤维及其成型工艺，并结合轻量化的特点分析了碳纤维复合材料的应用前景。
关键词：碳纤维复合材料;轻量化;成型工艺;应用1概述在当今的设计和生产中，复合材料的轻量化是一个重要的发展趋势。
随着节能减排需求的不断增加，轻质材料将广泛应用于各个行业，成为未来发展的主要方向。
综述了碳纤维及其复合材料的性能、应用和发展，总结了国内外具有代表性的碳纤维制品的主要成型技术，并从材料应用的角度展望了其发展趋势。
2碳纤维复合材料成型工艺2.1 PCM成型工艺PCM工艺是将CFRP半成品放入模具中，采用扫描喷射成型工艺。
PCM成型过程首先需要对模具进行设计，然后通过三维计算机处理得到模具的三维模型，然后将数据转换成分层剖面数据，生成控制信息。
然后，使用PCM快速成型机控制树脂喷嘴，将树脂均匀地喷到芯砂表面。
一层完成后，对其进行预热，以加速模型的固化。
PCM成型工艺不仅可以大大缩短成型时间，提高生产效率，节约生产成本，提高产品稳定性，而且尺寸精度高，表面光洁度好，易于一次成型复杂结构件。
同时，由于纤维具有良好的取向性，产品具有较高的强度和刚度。
目前，PCM成型工艺已成为汽车CFRP的重要组成部分[2]。
2.2ＲTM成型工艺RTM工艺是在一定压力下填充低粘度树脂，然后在封闭模具中低压固化，得到结构复杂的复合材料。
RTM成型工艺流程首先根据不同需要设计碳纤维的布局，将碳纤维铺入模具闭合，然后注入树脂进行渗透，固化后打开模具取出成品。
与传统的成型工艺相比，RTM工艺简单，易于控制，生产效率高，模具成本低；产品表面平整光滑，形状精度高。
目前，RTM工艺以其优异的性能在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛的应用。
2023年风电叶片碳纤维行业市场前景分析
2023年风电叶片碳纤维行业市场前景分析随着环保意识的不断提升，可再生能源逐渐被大众所关注，风电行业被认为是最具发展潜力的可再生能源之一。
而风电叶片碳纤维行业市场前景也逐渐得到关注。
本文将从以下几个方面对风电叶片碳纤维行业市场前景进行分析。
一、需求趋势随着国家对环保问题的高度关注以及对新能源的大力支持，未来我国风电行业的发展将会稳步增长，迎来更广阔的发展前景。
同时，在风电行业的发展过程中，风机叶片作为最为核心的零部件，对其质量、性能和寿命的要求也越来越高。
传统的玻璃钢材料往往无法满足这些要求，而采用碳纤维材料制造的风电叶片则恰好能够满足这些要求。
因此，在未来的发展中，碳纤维风电叶片的需求量将会持续增长，市场前景非常广阔。
二、技术进步风电叶片碳纤维制造技术也在不断提升，产业链越发完善。
近年来，我国风电叶片碳纤维制造技术正在逐步发展壮大。
尤其是在针对大型风电叶片生产过程中，针对材料的稳定性、制造工艺的可靠性和叶片性能的稳定性等方面也取得了显著进展，为该行业的快速发展起到了巨大的推动作用。
可以看出，技术进步将是风电叶片碳纤维行业的重要发展趋势。
三、市场竞争尽管风电叶片碳纤维行业的市场前景非常广阔，但是由于其技术门槛较高，加之碳纤维材料价格高昂，行业竞争也较为激烈，还需要不断创新、提高产品质量和性能以保持市场竞争力。
此外，随着市场竞争的加剧，各大企业之间的合作和共享资源等也将成为未来发展的趋势。
四、政策环境政策环境是影响风电叶片碳纤维行业市场前景的重要因素之一。
在国家“十三五”规划中，风电产业被定义为战略性新兴产业，受到了政策和财政支持。
同时，在新能源领域，政策层面也对绿色环保产业领域予以大力支持，这也为风电叶片碳纤维行业的发展提供了广阔空间。
总之，风电叶片碳纤维行业市场前景非常广阔。
尽管面临着市场竞争和技术门槛等方面的压力，但通过技术创新以及政策支持，该行业将会在未来的发展中壮大起来。
风电叶片 主梁 大梁 碳纤维 玻璃纤维 材料发展趋势
风电叶片主梁大梁碳纤维玻璃纤维材料发展趋势随着对可再生能源需求的不断增加，风电功率装机容量逐年攀升。
而风力发电厂中的关键部件之一——风电叶片，也在不断改进和创新之中。
在叶片的材料选择方面，碳纤维和玻璃纤维是目前最常用的两种材料。
那么，风电叶片主梁和大梁的材料发展趋势又是怎样的呢？首先，我们来说说碳纤维材料在风电叶片中的应用。
碳纤维具有重量轻、强度高、刚度大等特点，使其成为风电叶片的理想选择。
相比传统的玻璃纤维材料，碳纤维材料有更好的抗拉强度和疲劳性能，能够更好地抵抗风力的冲击和变形。
此外，碳纤维材料还具有高温耐久性，能够在恶劣的环境条件下保持良好的性能。
因此，近年来碳纤维在风电叶片的应用逐渐增多。
然而，碳纤维材料也存在一些问题。
首先，碳纤维的生产工艺复杂，制造成本高。
其次，碳纤维材料容易产生静电，在使用过程中可能引发火灾事故。
此外，碳纤维材料在回收利用方面存在困难。
相较之下，玻璃纤维材料在风电叶片中应用较为广泛。
玻璃纤维具有低成本、良好的电绝缘性能和耐腐蚀性能，适用于大规模生产。
此外，玻璃纤维材料在回收利用方面相对容易，对环境的影响较小。
因此，玻璃纤维仍然是目前风电叶片的主要材料之一。
未来，随着科技的不断进步，人们对风电叶片材料的要求也将越来越高。
预计未来的发展趋势主要包括以下几方面：首先，材料强度和刚度的要求将越来越高。
随着风电叶片的尺寸不断增大，对叶片的稳定性和承载能力提出了更高的要求。
因此，将会有更多的研究重点放在提高材料的强度和刚度上，以抵御更大的风力冲击。
其次，轻量化将成为一个重要的发展方向。
轻量化可以减少风力发电机组的材料消耗和能源消耗，提高发电效率。
为了实现轻量化，将会有更多的研究投入到新型材料的开发和工艺的改进中。
此外，材料的可再生性和回收利用性也将成为研究的关注点。
在可持续发展的理念指导下，将会寻求更加环保和可持续的材料选择，同时也将注重材料的回收利用率，减少对环境的负面影响。
风电叶片用大丝束碳纤维拉挤板的应用现状与挑战
拉挤板生产过程中易形成气泡, 留下孔隙。
维间隙相较方格布间隙更紧密,一定程度降低了
孔隙能在很大程度上减弱拉挤板的剪切强度。 提
树脂流速;同种规格的不同线密度的织物,低线密
高树脂的流动性和碳纤维的分散性、添加填充剂
度纱线由于其直径更细,导流速度较为缓慢,可为
等,可减少拉挤板生产过程中气泡、沟纹的产生,
更好,满 足 拉 挤 成 型 工 艺 的 应 用 需 求。 解 祥 夫
等
据统计,2022 年国内风电叶片主梁用拉挤板
能力约 18 kt / a。 目前,国内风电叶片用拉挤板完
全由国内市场提供。
风电发电机制造商 Vestas 公司 2003 年率先
开发了一种以通用促进剂
复配潜伏型促进剂的双促进剂固化剂,该树脂体
编织的立体纺织技术、缝合增强复合材料技术等。
通常,碳纤维拉挤板中碳纤维含量越高,拉挤
造成浸润不佳形成缺陷,降低拉挤板层间结合。
性能等均会影响碳纤维拉挤板的压缩性能。 拉挤
板中碳纤维弯曲会诱发拉挤板压缩时产生微屈曲
失效,导致拉挤板轴向刚度下降。 碳纤维弯曲与
碳纤维自身压缩模量、压缩强度、直径有关。 压缩
模量更高、直径更大的碳纤维生产的拉挤板的压
缩性能更优。
合更好的纤维上浆剂;二是改善板材二次成型过
程中的层间结合,如开发浸胶更加充分、浸胶速度
2019 年 6 月
中国东方电气集团
2021 年 11 月
有限公司
2023 年 2 月
2021 年 7 月
明阳智慧能源集团
2022 年 6 月
股份公司
2022 年 12 月
上海电气风电集团 2021 年 9 月
股份有限公司
碳纤维及其复合材料发展现状
碳纤维及其复合材料发展现状摘要：当今国际复合材料产业规模不断扩大，未来五年，来自高端企业的先进复合材料将以每年5%的速度增长。
因此，随着民营和汽车行业的快速发展，全球高碳地区的年需求增长可达10%，亚太地区的增长将继续加速。
在我国的碳纤维生产线上，碳纤维设备将比碳纤维复合材料更快被进口产品取代。
碳纤维复合材料在海洋工程、航空航天、汽车等领域具有良好的应用前景，但随着碳纤维复合材料的价格不断下降，碳纤维复合材料的应用会越来越多。
本文介绍了我国碳纤维及其复合材料的发展现状和应用。
关键词：碳纤维；复合材料；现状；应用引言随着我国整个经济的快速发展，现阶段碳纤维制造技术也在不断创新和完善，目前该领域发展稳定，有可能以更低的成本生产出更高质量的碳纤维复合材料。
碳纤维复合材料具有高强度、高弹性模量、耐高温、耐腐蚀等特点，并具有许多物理和化学优点，因此在我国广泛应用于各行业的生产和制备领域。
本文以碳纤维复合材料为研究课题，分析了碳纤维复合材料的性能，探索了碳纤维复合材料的应用路径。
1.碳纤维复合材料的性能由于碳纤维是一种以碳元素为主要成分的特殊纤维，采用含碳量高的人造化学纤维制成，经热稳定氧化处理、碳化处理、石墨化处理，使其在热处理过程中不会熔化，碳含量取决于类型，通常大于90%。
碳纤维具有一般碳材料的耐热性、耐磨性、导电性、导热性、耐腐蚀性等特性，但与一般碳材料不同，在形状、柔软性、加工性、沿纤维轴的高强度等方面表现出显着的各向异性，而且碳纤维比重小。
1.1 碳纤维的化学性质碳纤维是一种纤维状碳材料。
众所周知，碳材料是化学稳定性优异的材料之一，这是人类历史上最早发现的碳材料特征之一。
除强氧化性酸等特殊物质外，在室温和近压下几乎呈化学惰性。
即使碳纤维在低于室温250℃的环境下使用时，很难观察到碳纤维的化学变化。
据有关资料显示，在碳材料的化学特征中，在低于250℃的环境中，碳材料没有明显的氧化，也没有形成碳化物和层间化合物。
新型风电叶片材料的研究与应用
新型风电叶片材料的研究与应用一、引言随着全球经济的飞速发展和人们对环境保护的高度关注，风电作为一种清洁能源，正逐渐成为国际能源领域的热门话题。
而在风电机组中，叶片作为转动能量的转换器，其性能对风机发电效率有着至关重要的影响。
近年来，新型风电叶片材料的研究与应用成为了风电行业的研究热点之一。
本文将从材料创新、工艺控制、性能评价三个方面进行讨论。
二、材料创新1. 复合材料传统的叶片材料主要是玻璃钢和纤维增强塑料，但仅仅满足不了越来越高的风能转换效率。
因此，复合材料应运而生。
复合材料不仅能满足叶片结构的轻量化要求，而且具有更高的强度和耐久性，增加了叶片寿命。
目前在叶片材料中，炭纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等细纤维增强复合材料被广泛应用。
2. 新型纤维材料为了提高叶片的性能，新一代的纤维材料应运而生。
其中既有天然材料，如竹子和麻纤维等，也有人工合成材料，如碳纤维等。
这些材料不仅性能更优，而且具有更好的环保性。
三、工艺控制1. 粉末冶金粉末冶金技术能在获得纳米级复合材料的同时，获得高性能的材料。
该技术可以实现粉末快速压制成型，并在化学反应和热处理等过程中形成高性能材料。
在叶片材料的研发中，尝试将粉末冶金技术应用到材料制造过程中，从而实现叶片的快速制造和高性能。
2. 微纳加工技术微纳加工技术是一种精密加工工艺，可以利用电化学、激光微机械加工和物理蚀刻等方法制备具有纳米至微米级尺度的微结构，从而增强材料表面的性质和功能。
这种技术可应用于叶片表面，增强其抗风压性和表面自洁性。
四、性能评价1. 力学性能叶片是风机发电的核心部件，在长期的使用过程中需要承受大量的风能，因此，叶片的强度和刚度是评价其质量的关键指标。
在叶片材料的研制过程中，对其理化特性进行充分的试验和分析，以保证其力学特性在最严苛的条件下也能保持稳定。
2. 耐久性能材料在风能转换的过程中需要承受疲劳的循环负载，因此，其耐久性和使用寿命也是很重要的指标。
在叶片材料研究中，应采用耐久试验，对叶片进行长时间的性能测试，以保证其使用寿命。
碳纤维在风电叶片中的应用
碳纤维在风电叶片中的应用1.风力发电技术的发展风电的价格和风机功率成反比，风机率越大，单位发电成本越低（表l）。
随着现代风电技术的发展与日趋成熟，风力发电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。
上世纪80年代早期到中期，典型的风电机组单机容量仅20～60kw；从80年代末期到90年代初期，风电机组单机容量从100kw增加到达500kw；到90年代中期，典型的风电机组单机容量为750-1MW；到90年代末，风电机组单机容量已经达到2.5MW；目前已达3.5MW以上，世界平均单机容量为1Mw，最大单机容量为5Mw。
预计2010年将开发出10MW的风电机组。
叶片是风力机的关键部件之一，涉及气动、复合材料结构、工艺等领域。
叶片的长度和风机的功率成正比，风机功率越大，叶片越长。
对于500kw-2.5MW的风力机，叶片长13.5－39米（丹麦LM Glasfiber公司制造）；660kw-1.65MW的风力机，叶片长23－39米（丹麦 Vestas Wind SystemsAS制造）。
在兆瓦级风电机组中，如1MW的叶片长31米，每片重约4-5t；1.5MW 主力机型风力机叶片长34～37m，每片重约6t；目前商业化风力发电所用的电机容量一般为1.5—2.0MW，与之配套的复合材料叶片长度大约32—40米，重6-8t；现代的54m大型叶片重13t。
现今世界上最大5MW的风力发电机的叶片长61.5米，单片叶片的重量接近18 t，旋转直径可达126.3米。
叶片也是风机中成本最高的部件，虽然它的重量不到风机重量的15％。
Peter Jamieson认为风叶成本约占风电成本的10％。
风叶类似于航空叶片，要求提高提升比（Lift－to－drag ratio），并且其提升特性不易受叶片表面污染和粗糙度影响。
从结构考虑要求叶片有较厚的叶型。
叶片要经受20年应用，以受风力造成的疲劳次数达10（也有以500万次作标准）。
风电叶片 主梁 大梁 材料发展趋势
题目：风电叶片主梁大梁材料发展趋势一、引言风能作为清洁能源的重要组成部分，近年来在全球范围内得到了迅速的发展和推广。
而风力发电作为利用风能的主要手段之一，在这个过程中发挥着至关重要的作用。
而风电叶片作为风力发电机组的核心部件，其质量、结构和材料的选择，关系着风电机组的性能、能效和寿命。
其中，叶片主梁和大梁作为叶片的支撑结构，在叶片的重量、刚度和稳定性方面起着至关重要的作用。
二、风电叶片主梁和大梁的重要性1. 叶片主梁和大梁的功能风电叶片的主梁和大梁是支撑叶片的重要组成部分，主要具有承受风力的作用。
它们还需要具备足够的刚度和韧性，以保证叶片在特殊天气条件下的稳定性和安全性。
材料的选择对于主梁和大梁的性能至关重要。
2. 材料对叶片性能的影响叶片主梁和大梁的材料选择，直接关系到叶片的重量、刚度和稳定性。
传统的玻璃纤维增强塑料（GFRP）材料具有质量轻、成本低的优点，但在抗拉强度和疲劳寿命方面存在一定的局限性。
而碳纤维增强塑料（CFRP）材料具有更高的强度和刚度，但成本较高。
寻找一种既具有良好性能又具备良好经济性的材料成为了当前的研究热点。
三、风电叶片主梁和大梁材料的发展趋势1. 碳纳米管增强复合材料碳纳米管具有出色的机械性能和导电性能，因此被广泛认为是一种潜力巨大的复合材料增强剂。
将碳纳米管应用于叶片主梁和大梁的复合材料中，可以显著提高材料的强度和韧性，降低材料的密度和成本，进而提高叶片的性能和寿命。
2. 生物基复合材料生物基复合材料是利用生物质资源为原料，经过化学改性和复合加工而制成的一种新型复合材料。
相比传统的石油基复合材料，生物基复合材料具有环保、可再生等优点。
将生物基复合材料应用于叶片主梁和大梁中，不仅可以降低碳排放，还能够有效提高材料的强度和耐久性。
3. 3D打印技术随着3D打印技术的不断成熟和发展，将其应用于叶片主梁和大梁的制造中，可以实现更加个性化、精密化的设计和制造。
3D打印技术还可以提高材料利用率，降低生产成本，为叶片材料的发展带来了新的机遇和挑战。
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+14%
玻纤和碳纤在风电叶片上使用的比较 （ 74m 叶片 ）
叶片 长度(m) 风轮直径(m) 额定功率(MW)
外壳材料
主梁材料
主梁设计
WEI74-7000G 74 153 7
WEI74-7000C 74 153 7
环氧树脂浸渍 环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 无碱玻璃纤维
浸渍玻璃纤维 碳纤维预浸料
盒式梁（2腹板） 工字梁（1腹板）
1998-2012全球累计装机容量
中国复合材料集团有限公司
全球风电产业发展现状
(GW)
2012全球新增装机容量44.7GW 我国新增装机容量13.2GW，占 全球新增总装机的30%，居第一
1998-2012全球新增装机容量
中国复合材料集团有限公司
全球风电产业发展现状
单位：MW
2012年各国新增装 机容量
新增装机15GW以上; 2020年，我国风电并网目标要达到200GW; 全球风能理事会预测2020年中国风电装机容量达到
250GW。
中国复合材料集团有限公司
中国风电产业发展现状
海上风电目标和建设重点 风力发电厂正从内陆及大陆沿海地区逐步转向海上； 2020年前，中国将在江苏南通、盐城、上海、山东鲁北 浙江杭州等海湾建设几个百万千瓦级海上风电基地； 到2015年底，我国海上风电累计装机有望达 5GW，
/
叶 片 重 量
（千克）
碳碳纤纤维维叶叶片片 玻玻纤纤叶叶片片
叶片叶长片度长/度（/米（）米）
➢提高叶片强度，减轻叶片重量
随着叶片长度的增加，为了减轻叶片重 量，同时又提高刚度，碳纤维就成了解 决这一设计难题的首选纤维材料。
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
重量轻：在满足刚度和强度要求的条件下，比玻纤叶片轻 20%以上
2012年，我国新增装机容量为13200MW； 截至2012年底，我国累计装机容量达到了75564MW。
中国复合材料集团有限公司
全球风电产业发展现状 海上风电
2012年全球累计海上风电装机容量 5410 MW （同比增长31.4%） 全球新增海上风电装机容量 1292 MW 中国海上风电完成吊装容量 395 MW
轮毂
叶片
塔架
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
风 轮 直 径
（米）
50KW 100KW
风力发电机成长与发展之路
海上风机
5MW 3.6MW
陆上风机 2.5MW
10MW
1.5MW
750KW 500KW
300KW
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
大型化是风机及叶片发展的必然趋势
中国复合材料集团有限公司
玻纤和碳纤在风电叶片上使用的比较
根据东丽风能研究所资料(1.5MW)
大梁: GFRP
只在大梁处用碳纤维复合材料 替换玻璃纤维复合材料
大梁: CFRP
➢ 当主梁使用碳纤维增强复合材料时，与玻璃钢叶片比较，叶片重量 减轻12%，且具有更高刚性，更高耐疲劳性。
➢ 更低运输安装成本以及维修成本，延长风机使用寿命带来的成本的 降低等优势。
2500
UD Fabric T620S 环境：大气中
温度：R.T.
2000
Saertex T620S
材质：CFRP 载荷：控制
Saertex CF”A”
波形：sin波 周波数：5Hz
应力比：R=-1
1500
1000
500
0
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07
—低负荷—更轻的变桨轴承、偏航系统、风机轮毂、塔筒 —更易操作，运输及吊装 —减少组件大小、重量、成本
扰度更小，机翼部分更薄: — 机翼气动效率更高，提高风能利用率和年发电量 — 动力问题少 — 预弯少，垂悬部分小
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
成本：综合风力发电成本降低 运输、吊装成本相对降低 对机组相关部件的强度和刚度要求降低，使用寿命延长 风力发电机组的整体性能和效率提高 定期检修、维护成本降低
重 量 （ ）
kg
注： 碳纤维预浸料减少叶片整体重量25-35% 从而降低了轮毂的重量
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kg
碳纤维在风电叶片中的应用优势
轮毂重量/叶片重量
轮 毂 质 量
叶片质量，kg 来源于美国国家能源部可再生能源实验室(NREL) WindPACT 报告 轮毂质量（kg）= 0.954 x （叶片质量）+ 5680 轮毂成本 = 轮毂质量 x $4.25/kg
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碳纤维在风电领域的应用进展
全球风电产业发展现状 碳纤维在叶片中的应用优势
碳纤维在叶片中应用的技术发展 中国复材——风电叶片
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
风机主要零部件：
叶片、齿轮箱 发电机
齿轮箱
发电机
良好的设计和优越的性能 是保证机组正常稳定运行
的决定因素
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玻纤和碳纤在风电叶片上使用的比较
（ 57m 叶片 ）
叶片
长度(m) 风轮直径(m) 额定功率(MW)
外壳材料
WEI57-3000G
57 116 3.0
环氧树脂浸渍无 碱玻璃纤维
WEI57-3000G2 低扰度 57 116 3.0
环氧树脂浸渍无 碱玻璃纤维
WEI57-3000C
480 31,293
-39%
75,558 $ 51,254 $ 52,920 $ 26,250 $ 13,618 $ 8,064 $ 227,664 $
3,598 0
18,322* 1,377 1,040 480 25,201
叶片生产商：曾多达经近百家，经过近几年的激烈竞争，目 前能够批量供货的制造商不足10 家。 • 中国复材、中材科技、中航惠腾、LM; • 东汽、国电、明阳、上海玻钢院、VESTAS、GAMESA
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中国风电产业发展现状
风电发展目标 根据《可再生能源发展“十二五”规划》 到2015年，风电并网容量大约为120GW，需要每年
WEI74-7000C2
74
153
7
环氧树脂浸渍 碳纤维/玻璃纤
维 碳纤维预浸料
工字梁(1腹板)
仅针对材料成本
材料质量(Kg) 主梁碳纤维预浸料
主梁干玻纤+浸渍树脂 所有其他玻纤+树脂
巴尔沙木
PVC泡沫 粘合剂
总计
叶片成本
主要材料成本($)
碳纤维预浸料
23.5/kg $
干玻纤
3/kg $
环氧树脂
7/kg $
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
假设风应力发生的频率是20年
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
等效破坏疲劳负载
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
叶片用碳纤维与玻璃纤维相比
叶片用碳纤维复合材料与玻璃纤维 复合材料相比：
更高的强度 （1.5）
性能
玻璃纤维
Advantex Hglass
东丽 T620S
碳纤维
东丽 ZOLTEK T700S P35 50K
三菱丽阳 P330 60k
拉伸强度 Gpa
2.206 3.060 4.4
4.9
4.15
4.9
拉伸模量 GPa
74
86 235 230
242
250
断裂伸长率 %
＞ 3% ＞ 3% 1.87 2.13
在20年寿命期间，其疲劳
损伤很小。
疲劳循环次数— N
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
静态玻璃纤维
叶
静态碳纤维
根
疲劳玻璃纤维
弯
疲劳碳纤维
矩
叶片长度（m）
中国复合材料集团有限公司
风电叶片常用的碳纤维增强材料
目前，叶片常用的碳纤维：日本东丽：T620 /T700S
美国卓尔泰克：P35
芯材
15/kg $
粘合剂
12/kg $
根部紧固件
13.5/ $
总计
$
0 14,281 23,413 2,125
920 620 41,360
-24%
-$ 82,517 $ 80,490 $ 23,800 $ 11,590 $ 10,415 $ 208,812 $
3,598 0
23,831 2,344 1,040
• 干碳纤维用做单向带或多轴无纺织物时可以浸润树脂
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风电叶片常用的碳纤维增强材料
通过 GL 认证
T620S是日本东丽专门为风电叶片开发出的碳纤维。 中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
Maximum Sress S MPa
应力范围 Δσ
CFRP—T620疲劳实验结果
在不提高轴承、根部紧固件、风机轮毂负荷的情况下可以 增加叶片的长度，在同一平台上能捕捉更多能量
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
疲劳性能
循 环
碳纤维扰度，因此设
应 变 幅
计者们通常无法充分利用 玻璃纤维的静应变范围。
度
碳结构静态时很稳定，
碳纤维及复合材料在风电叶片 领域的应用进展