碳纤维在风电叶片中最新应用
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
Ｏ
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用风力发电机叶片是风力发电机的重要组成部分，主要用于将风能转化为机械能。
传统的风力发电机叶片通常由玻璃钢材料制成，然而，随着碳纤维复合材料的发展，越来越多的风力发电机叶片开始采用碳纤维复合材料制造。
碳纤维复合材料具有轻质化、高强度、高刚度等优点，使得其在风力发电机叶片中具有广泛的应用前景。
首先，碳纤维复合材料具有轻质化的优点。
相对于传统的金属材料，碳纤维材料的密度较低，可以实现材料的轻量化设计。
在风力发电机叶片中，轻质化的材料可以减小自重，提高转动效率，提高整个风力发电机的发电效率。
其次，碳纤维复合材料具有高强度和高刚度的优点。
碳纤维具有高强度和高模量的特性，使得碳纤维复合材料具有出色的抗拉、抗压和抗弯能力。
风力发电机叶片在运转过程中需要承受巨大的动力负荷，碳纤维复合材料可以有效地抵抗这些负荷，提高叶片的结构强度，降低材料疲劳和断裂的风险。
此外，碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
风力发电机通常被安装在海洋或者高海拔地区，受到气候和环境的影响较大。
传统的金属材料容易受到氧化、腐蚀等不良因素的影响，导致材料的寿命缩短。
而碳纤维复合材料具有耐腐蚀性能，能够有效地抵御海洋环境的侵蚀，提高叶片的使用寿命。
另外，碳纤维复合材料还具有优良的疲劳性能。
风力发电机叶片在运转过程中需要不断地承受风力的冲击和振动，对材料的疲劳性能要求较高。
而碳纤维复合材料具有良好的抗疲劳性能，能够有效地抵抗风力的冲击和振动，提高叶片的使用寿命。
最后，碳纤维复合材料在制造过程中具有良好的可塑性和可成型性。
碳纤维复合材料可以根据不同的设计要求进行定制，灵活度高，可以满足不同尺寸和形状的风力发电机叶片的需求。
综上所述，碳纤维复合材料在风力发电机叶片中具有轻质化、高强度、高刚度、耐腐蚀性能优良，并且具有良好的疲劳性能等优点，可以提高风力发电机叶片的性能和使用寿命。
随着碳纤维复合材料制造工艺的不断改进和成本的不断降低，碳纤维复合材料在风力发电机领域的应用前景将更加广阔。
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。
碳纤维在风电叶片中的应用
碳纤维在风电叶片中的应用引言：随着全球清洁能源需求的增加，风力发电作为一种可再生能源正在迅猛发展。
风力发电的一个重要组成部分就是风电叶片。
然而，传统的玻璃纤维叶片存在重量大、强度低、耐久性差等问题，限制了风力发电的进一步发展。
碳纤维作为一种新型材料，因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，在风电叶片中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍碳纤维在风电叶片中的应用。
一、碳纤维的特性碳纤维是由数以万计的碳纤维束组成的，每根碳纤维的直径很小，约为0.005-0.010毫米。
由于碳原子之间的键结构特别强大，碳纤维具有很高的强度和刚度。
此外，碳纤维还具有轻质化、耐超高温、耐腐蚀等特点。
1.降低叶片重量碳纤维相对于传统的玻璃纤维具有更低的密度，可以实现风电叶片的轻量化。
轻量化的风电叶片可以减少风场的安装成本，同时也降低了叶片对风力机的载荷，提高了整个风力发电系统的可靠性和稳定性。
2.提高叶片强度和刚度碳纤维具有出色的强度和刚度，可以显著提高风电叶片的抗弯、抗拉和抗扭性能。
这样一来，风电叶片可以承受更大的风载荷，提高了风力发电系统的功率输出。
3.增加叶片寿命碳纤维具有优异的耐腐蚀性能，可以有效防止风电叶片受到环境因素的侵蚀，延长叶片的使用寿命。
另外，由于碳纤维的疲劳性能优秀，叶片在长时间使用过程中也不易出现疲劳断裂，进一步提高了风电叶片的可靠性。
4.提高叶片的设计自由度碳纤维可以根据需要进行个性化设计，并且可以加工成复杂的形状，从而满足不同风力机的要求。
这种灵活性为生产商提供了更多创新的空间，可以开发出更加高效和可靠的风电叶片。
三、碳纤维在风电叶片中的应用案例1.使用碳纤维增强聚酯树脂制作叶片外壳碳纤维增强聚酯树脂是一种常用的风电叶片外壳材料。
其具有良好的机械性能和重量优势，能够很好地保护内部结构和叶片。
2.使用碳纤维增强环氧树脂制作叶片结构碳纤维增强环氧树脂常用于风电叶片的结构部分。
碳纤维增强环氧树脂具有优异的强度和刚度，能够承受较大的风载荷，同时具有出色的耐腐蚀性能和疲劳性能。
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 ，
时闻／ 年
图 １ ２０ － ００ ０ ０ ２ １ 年全球风电累计和新增 装机容量
新鲫捌产业 Ｎ ．１ ０ １删 Ｏ １ １ ２
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
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式正逐渐得到广泛应用。
而风力发电机叶片作为风能转换的关键部件，其性能的提升对整个风力发电系统的效率和可靠性具有重要影响。
在叶片的材料选择中，碳纤维复合材料由于其独特的优势而成为首选材料。
碳纤维复合材料具有优异的强度和刚度。
相比传统的金属材料，碳纤维复合材料具有更高的比强度和比刚度，能够承受更大的载荷，并且具有更好的抗疲劳性能。
这使得风力发电机叶片能够在恶劣的环境条件下长期稳定运行，大大延长了叶片的使用寿命。
碳纤维复合材料具有较低的密度。
相比金属材料，碳纤维复合材料的密度较低，使得叶片的重量得到有效控制。
轻量化的叶片能够减轻整个风力发电机的负荷，提高发电效率。
此外，较轻的叶片还能减小叶片的转动惯量，提高系统的动态响应能力。
碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性能和耐候性。
风力发电机叶片经常暴露在潮湿、腐蚀的环境中，传统的金属材料容易受到腐蚀而影响叶片的性能。
而碳纤维复合材料具有良好的抗腐蚀性能，能够有效地抵御潮湿和腐蚀的侵蚀，保持叶片的稳定性能。
碳纤维复合材料还具有良好的设计自由度。
由于碳纤维复合材料可以根据需要进行定向增强，因此可以根据叶片的设计要求进行灵活的组合和布局，实现叶片结构的优化。
这种灵活的设计能够提高叶片的气动性能和动态特性，进一步提高风力发电机的效率和稳定性。
然而，碳纤维复合材料也存在一些挑战和限制。
首先，碳纤维复合材料的制造成本较高。
相比传统的金属材料，碳纤维复合材料的制造过程更为复杂，需要较高的技术和设备投入，从而导致制造成本的增加。
其次，碳纤维复合材料的回收和再利用也存在一定的难度，这对环境保护和可持续发展提出了一定的挑战。
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用具有广阔的前景和潜力。
其优异的强度、刚度、轻量化、抗腐蚀性能和设计自由度使得风力发电机叶片能够具备更高的效率、更长的使用寿命和更好的稳定性能。
建材-大国重材系列（二）：玻纤碳纤双骄，共享风电增量时代
报告摘要：●风机大型化推动大丝束碳纤维需求近年来风机厂商大功率机型占比明显提升，风机大型化能从摊薄风机制造成本、摊薄风机非制造成本、提升发电效率等角度降低度电成本。
风机大型化叠加海上风电兴起使叶片长度不断突破，而叶片大型化带来的轻量化与强度刚度要求带动碳纤维需求。
●玻纤为主流风电叶片增强材料风电叶片增强材料主要包括玻纤、碳纤维，密度、拉伸强度、模量为增强材料关键指标。
与传统材料相比，玻纤密度满足轻量化需求、模量强度满足刚度与强度需求，兼具经济性，为主流风电叶片增强材料，玻纤约占风电叶片材料成本的28%。
●碳纤维更适用海上大叶片碳纤维可减轻叶片质量、增强叶片刚度、提高叶片抗疲劳性能，拉挤法应用是近年来叶片需求增加的主因之一，但叶片大规模应用碳纤维仍受制于成本因素。
此外Vestas碳梁保护专利2022年7月到期，国内厂商有动力加速布局拉挤法碳纤维。
●风电叶片领域，玻纤与碳纤将长期共存碳纤维产能规模无法支持对玻纤的大面积替代；碳纤维成本下降非一日之功；玻纤不断更新换代，高模量玻纤将成为风电纱拳头产品。
●投资建议玻纤与碳纤有望共享风电增量。
全球风电碳纤维需求从2014年0.6万吨快速上升到2020年3.06万吨，CAGR31%，增速明显快于整体。
行业性能与成本动态匹配，部分时点不可兼得，当前玻纤性价比优势依然显著。
风电领域，玻纤建议重点关注中国巨石、中材科技，碳纤维关注吉林碳谷、吉林化纤、中复神鹰（未上市）。
●风险提示大丝束碳纤维产能投放进度不及预期；国产拉挤法工艺研发不及预期；海上风电项目进展不及预期。
[Table_ProfitDetail]盈利预测与财务指标代码重点公司现价EPS PE评级12月1日2020 2021 2022 2020 2021 2022600176.SH中国巨石17.700.69 1.40 1.56 28.9 12.7 11.3 - 002080.SZ中材科技36.90 1.22 2.16 2.39 19.8 17.1 15.5 - 资料来源：wind、民生证券研究院（未评级公司使用wind一致预期）[Table_Invest]推荐维持评级[Table_QuotePic]行业与沪深300走势比较资料来源：Wind，民生证券研究院分析师：李阳执业证号：S0100521110008邮箱：******************相关研究1.【民生建材】大国重材系列（一）：聚焦药玻，技术攻关与国产替代2.地产信贷边际放松，消费建材估值有望企稳—建筑材料行业周报202111283.【民生建材】本周观点211121：板块估值偏低，新材料应用提速建材行业研究/深度报告玻纤碳纤双骄，共享风电增量时代——大国重材系列（二）深度研究报告/建材2021年12月02日本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告1目录1. 风机大型化推动大丝束碳纤维需求 (3)1.1大功率风机占比明显提升 (3)1.2叶片大型化带动碳纤维需求 (5)2. 风电叶片材料：玻纤VS碳纤维 (6)2.1玻纤为主流风电叶片增强材料 (6)2.1.1 玻纤性价比高 (6)2.1.2 各类玻纤因性能差异应用于叶片不同结构 (7)2.2碳纤维更适用于海上大叶片 (8)2.2.1 碳纤维性能优异，短期大规模应用受制于成本 (8)2.2.2 风电叶片主要使用高性价比大丝束碳纤维 (10)2.2.3 拉挤法为风电叶片用碳纤维主要生产工艺 (12)2.3碳纤维产业链较长，生产工艺国产替代空间广阔 (14)3. 风电叶片领域，玻纤、碳纤将长期共存 (16)4. 风险提示 (17)插图目录 (18)表格目录 (18)1. 风机大型化推动大丝束碳纤维需求1.1 大功率风机占比明显提升风机厂商大功率机型占比明显提升。
纤维增强材料在风机叶片上的应用
纤维增强材料在风机叶片上的应用努兰·苏力坦汗;孙文磊【摘要】The profile of wind power generation at home and abroad was introduced. The glass fiber and carbon fiber used in the wind turbine blades as reinforced materials were mainly described. The mechanical properties and making processes of the two materials were addressed as well as. With the development of large-sized blades, carbon fiber with its high strength, high modulus and lower density will be widely used in the manufacture of the wind turbine blades. International carbon fiber industry situation and development trend of carbon fiber in our country were analyzed.%概述了国内外风力发电现状，对目前用于风力发电机叶片的主要增强材料玻璃纤维和碳纤维作了介绍，并对它们的力学性能和制备工艺进行了分析。
阐述了随着风机叶片的大型化，碳纤维因其具有高强度、高模量和低密度等特点，将逐步被广泛应用于叶片制造业。
探讨了国际碳纤维产业的发展情况和我国碳纤维生产现状及发展趋势。
【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】3页(P16-18)【关键词】风力发电;玻璃纤维;碳纤维【作者】努兰·苏力坦汗;孙文磊【作者单位】新疆大学化学与化工学院，新疆乌鲁木齐 830046;新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐 830047【正文语种】中文【中图分类】TM315随着全球应对气候变化呼声的日益高涨以及能源短缺，能源供应安全形势的日趋严峻，新能源产业已呈现出太阳能、生物质能和风能发电三足鼎立的基本格局。
国内外风电叶片技术现状与发展
国内外风电叶片技术现状与发展一、叶片朝大型化、轻量化、高效率方向发展二、可选择的复合材料原材料品种多样1、叶片用树脂基体1）不饱和聚酯树脂工艺性良好，价格低，在中小型叶片的生产中占有绝对优势，但固化时收缩率大，放热剧烈，成型时有一定的气味和毒性。
2）环氧树脂具有良好的力学性能，耐化学腐蚀性能和尺寸稳定性，是目前大型风电叶片的首选树脂，缺点是成本较高。
3）乙烯基树脂性能介于二者之间，目前在大型叶片中应用较少，随着各厂家对成本的要求越来越高，乙烯基树脂可能会进入兆瓦级叶片的选材。
2、叶片用增强材料3、碳纤维材料在大型叶片中具有较好的应用前景采用碳纤维，可增加叶片临界长度，提高叶片刚度，减轻叶片重量。
研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比玻璃纤维的轻约30％，以目前的成本估算，成本增加可控制在3 0％以内。
4、碳纤维在叶片中应用的主要部位碳纤维在风电叶片中应用实例公司产品技术状态Gamesa GAMESA在其直径为87米、90米叶轮的叶片制造中包含了碳纤维。
LM 61.5米叶片采用了玻纤／碳纤维混杂复合材料结构，在横梁和翼缘等要求较高的部位使用碳纤维作为增强材料，单片叶片质量达17.7 t。
Vestas VESTAS V-90型风力机3.0MW叶片长44m，其样品试验采用了碳纤维制造。
Vestas为V903.OMW机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维，叶片自重只有6t，与V802MW,39m叶片自重一样。
GE 7MW GE公司的7MW机组研发，将使用碳纤维NEG Micon 40m叶片40米的叶片中采用了碳纤维增强环氧树脂Nordex Rotor 44m叶片56m叶片44 m长CFRP叶片质量为9.6t, 可用于2．5 MW的风电机组。
此外，还开发了56 m长的CFRP叶片，他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片的制作成本并不比玻纤的高。
Repower 5MW叶片转轮直径126米，该叶片由碳纤和玻纤混杂而成，单个叶片重量达18吨，可用于海上及陆地使用。
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展_图文
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展_图文随着全球对清洁能源的需求不断增长，风能作为一种可再生能源正得到越来越多的重视。
在风能转化过程中，风电叶片作为关键部件，对于风能的捕捉和转换起到了至关重要的作用。
因此，提高风电叶片的性能和寿命，成为了风能行业发展的关键问题。
碳纤维及复合材料作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的材料，在风电叶片中的应用得到了广泛关注和研究。
碳纤维及复合材料具有很多优点。
首先，它们的重量轻，比传统的金属材料如钢铁要轻很多。
这使得风电叶片更加轻巧，可以更高效地转动，捕捉更多的风能。
其次，碳纤维及复合材料具有较高的强度和刚度，能够承受高风速和复杂的工况要求。
此外，碳纤维及复合材料还具有耐腐蚀性能和良好的疲劳寿命，可以延长风电叶片的使用寿命。
因此，将碳纤维及复合材料应用于风电叶片中，能够提高叶片的性能和可靠性，降低维护成本，推动风能行业的发展。
目前，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用已经取得了一些成果。
首先，碳纤维及复合材料的比强度和比刚度优于传统的玻璃纤维及复合材料，因此可以减少材料的使用量，降低制造成本。
另外，将碳纤维及复合材料应用于叶片的表面涂层处理，可以提高叶片的抗风沙、抗紫外线和减少水分腐蚀等性能，延长叶片的使用寿命。
此外，通过使用碳纤维及复合材料制造更大尺寸的风电叶片，可以提高风能的捕捉效率。
然而，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用还面临一些挑战。
首先，碳纤维及复合材料的制造技术和成本仍然较高，需要进一步的研发和完善。
其次，风电叶片在使用过程中会受到高风速和复杂工况的影响，对材料的疲劳和耐久性也有更高的要求。
因此，需要深入研究碳纤维及复合材料的疲劳性能和寿命预测，以确保叶片的安全和可靠性。
综上所述，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用具有广阔的前景。
通过不断的研究和发展，可以进一步提高碳纤维及复合材料的制造工艺和性能，降低制造成本，延长叶片的使用寿命，为风能行业的可持续发展做出更大的贡献。
碳纤维在风电叶片中的应用
CF
GF 基体材料
二、碳纤维在风电叶片中应用技术发展
迎风面 非对称全碳纤维复合材料梁 迎风面主梁 （碳纤维复合材料）
碳纤维复合材料条带加固主梁 碳纤维复合 材料条带
背风面
背风面主梁
降低作用在内支撑梁的受力和扭矩，并且在壳体外周围附近的薄层上的抵 抗拉力和压力的抗力，给叶片提供一个关于边缘弯曲模式的改良的结构效率
DeWind
GE 南通东泰电工 中材叶片 中复联众
40 m
48.5 m 2MW 56m/3MW 39.2m/2MW
梁帽
梁帽 主梁 主梁 主梁
预浸碳纤梁帽 嵌入蒙皮
全碳纤维 全碳纤维 全碳纤维 全碳纤维
二、碳纤维在风电叶片中应用技术发展
碳纤维复合材料梁相关专利： US7758313B2： Carbon-glass-hybrid spar for wind turbine rotor blades CN200710005708.6：风力涡轮机转子叶片的碳-玻璃混合型翼梁
二、碳纤维在风电叶片中应用技术发展
1. 工艺技术
预浸料法成型工艺示意图 目前碳纤维复合材料风电叶片主要采用预浸料成型
二、碳纤维在风电叶片中应用技术发展
预浸料成型碳纤维复合材料风电叶片： 材料成本高 预浸料中树脂体系有一定的使用寿命，预浸料需要在低温下保存，需 要特殊的储存设备，储存成本高 需要特殊的设备辅助铺层，铺层过程较慢，成型周期长 碳纤维复合材料风电叶片成型的发展趋势是低成本的液体成型技术 碳纤维材料成本低 不需要特殊的储存设备，材料储存成本低 生产周期短，劳动力成本低
二、碳纤维在风电叶片中应用技术发展
碳纤维复合材料翼梁缘条设计 以低成本满足对较长转子叶片的刚度要求，并减轻叶片重量
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。
碳纤维在风电叶片上的应用
碳纤维在风电叶片上的应用随着可再生能源的需求不断增长，风能作为一种清洁能源越来越受到重视。
而风电叶片作为风力发电机组的核心部件，其技术和材料的发展对于提高风能利用效率至关重要。
碳纤维作为一种轻质高强度的材料，正逐渐在风电叶片上得到广泛应用。
碳纤维具有优异的机械性能，使其成为理想的风电叶片材料。
相比于传统的玻璃纤维增强复合材料，碳纤维具有更高的强度和刚度。
这使得碳纤维叶片可以承受更大的载荷，在恶劣的风力环境下更加稳定可靠。
同时，碳纤维的轻质特性也使得风电叶片整体重量减轻，降低了叶片的惯性负荷，提高了风能利用效率。
碳纤维具有优异的疲劳性能，使风电叶片更加耐久。
由于风电叶片长期暴露在恶劣的环境中，容易受到风载荷和温度变化的影响，从而导致疲劳破坏。
而碳纤维具有较高的疲劳强度和疲劳寿命，能够更好地抵抗疲劳破坏，延长叶片的使用寿命。
这不仅减少了维修和更换叶片的成本，也提高了风电发电机组的运行稳定性和经济效益。
碳纤维还具有良好的耐腐蚀性能，使风电叶片能够适应恶劣的海洋环境。
由于风电场多建在海上，叶片容易受到海水、盐雾等腐蚀介质的侵蚀。
传统的玻璃纤维叶片容易发生腐蚀和损伤，影响叶片的使用寿命和性能。
而碳纤维具有较好的抗腐蚀性能，可以有效地防止腐蚀介质的侵蚀，延长叶片的使用寿命，提高风电发电机组的可靠性。
碳纤维还具有良好的设计灵活性，可以满足不同叶片形状和要求。
传统的玻璃纤维材料在制造过程中的可塑性较差，很难满足复杂叶片结构的要求。
而碳纤维可以通过调整纤维的方向和层数，以及采用不同的树脂体系，实现对叶片性能和形状的精确控制。
这使得碳纤维叶片能够更好地适应不同的风能资源和风场要求，提高风能利用效率。
碳纤维作为一种理想的风电叶片材料，具有优异的机械性能、疲劳性能、耐腐蚀性能和设计灵活性。
其在风电叶片上的应用可以提高叶片的强度和稳定性，延长叶片的使用寿命，提高风能利用效率，降低风电发电成本。
随着碳纤维技术的不断发展和成熟，相信碳纤维在风电叶片上的应用将得到进一步的推广和应用。
碳纤维的发展及其应用现状
碳纤维的发展及其应用现状一、本文概述随着全球科技和工业的飞速发展，碳纤维作为一种高性能的新型材料，正逐渐在各个领域展现出其独特的优势和应用潜力。
本文旨在全面概述碳纤维的发展历程，深入剖析其独特的物理和化学性质，以及探讨碳纤维在当前社会各个领域的实际应用现状。
我们将从碳纤维的基本概念、生产工艺、性能特点等方面入手，逐步展开对碳纤维的深入研究。
结合具体的应用案例，我们将对碳纤维在航空航天、汽车制造、体育器材、新能源等领域的应用进行深入剖析，以期为读者提供一个全面、深入、系统的碳纤维知识体系。
二、碳纤维的制造技术碳纤维的制造是一项复杂且精细的工艺，其核心技术主要包括原丝制备、预氧化、碳化及石墨化等步骤。
这些步骤的精细控制对最终碳纤维的性能起着决定性的作用。
原丝制备是碳纤维生产的第一步，也是关键的一步。
原丝的质量直接决定了碳纤维的性能。
目前，常用的原丝主要有聚丙烯腈（PAN）基原丝和沥青基原丝。
其中，PAN基原丝由于其优良的化学稳定性和热稳定性，以及相对容易进行纺丝加工，因此在碳纤维生产中占据主导地位。
制备PAN基原丝的过程中，需要严格控制聚合度、分子量分布以及纺丝条件等参数，以保证原丝的质量和稳定性。
预氧化是将PAN基原丝在空气或含氧气氛中加热至200-300℃，使其分子链中的氰基（-CN）部分氧化为羧基（-COOH）和酰胺基（-CONH-），形成稳定的梯形结构。
这一步的目的是为了增强原丝的耐热性和抗氧化性，为后续的碳化过程做好准备。
预氧化的温度和时间对碳纤维的结构和性能有着重要影响，需要精确控制。
碳化是将预氧化后的纤维在高温惰性气氛（如氮气或氩气）中进一步加热，使其中的非碳元素（如氢、氧、氮等）以气体的形式逸出，同时使碳原子重新排列形成石墨微晶结构。
碳化的温度一般在1000-1500℃之间，是碳纤维制造过程中最为关键的一步。
碳化的温度、气氛、时间等参数对碳纤维的结晶度、石墨化程度以及力学性能有着决定性影响。
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。
复合材料在风力发电机叶片中的应用
复合材料在风力发电机叶片中的应用要】本文概述了全球风电市场的现状，复合材料在风力发电机叶片制造中的应用。
关键词】复合材料；风力发电机；叶片引言随着世界性能源危机的日益加剧和公众对于改善生态环境的呼声不断高涨，风力发电作为一种清洁的可再生能源在全球范围内迅猛发展。
各国都加快了对风力发电机组的研发，不断推出新的材料和技术。
目前国内的主流风机是1500kw，正在开发2000kw、3000 kw、5000kw的风机。
随着风力发电机装机容量的增加和叶片长度的增大，对叶片的制造技术和材料提出了更高的要求。
不断发展的技术和市场开发使得风力发电从复合材料的边缘应用变成全球复合材料最广泛的应用之一。
风力发电机叶片是风力发电的核心技术，由于对叶片的外形、精度、表面粗糙度、强度和刚度的要求很高，使得叶片技术成为制约风力发电快速发展的瓶颈。
旺盛的市场需求促进了风电叶片材料的研发和应用。
1、叶片主要原材料风力发电机叶片的应用材料已经由木质、帆布等发展为复合材料。
复合材料是以某种材料为基体，另一种材料为增强体组成的材料。
在性能上各种材料取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，可以满足各种不同的要求。
合理选择基体和增强体的材料，并充分考虑两者之间的相互作用是风力发电机叶片选择材料的关键。
当前，我国风机叶片的主要原材料是树脂和增强材料。
1.1树脂不饱和聚酯树脂具有工艺性良好、价格低廉等优点，在中小型风机叶片的生产中占有绝对优势，但它也存在固化时收缩率大、放热剧烈和成型时会有一定的气味和毒性等缺点。
环氧树脂具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和尺寸稳定性，是目前大型风电叶片的首要选择，但它的成本较高，阻碍了它的广泛应用。
乙烯基树脂的性能介于两种树脂之间，目前在大型风电叶片中的应用较少，但随着生产厂家对成本的要求越来越高，乙烯基树脂可能会成为兆瓦级风电叶片的材料。
1.2叶片用增强材料（1）玻璃纤维玻璃纤维是一种性能优越的无机非金属材料，它具有很好的柔软性、绝缘性和保温性且强度高，是复合材料中常用的一种增强材料，和树脂组成复合材料后可以成为良好的结构用材。
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）。
复合材料及碳纤维在风电叶片中的应用现状
44随着时代的快速发展世界范围内的经济发展水平都取 得了重大突破体现最为明显的为人们生活质量取得了很 大的提升工业化 发 展 速 度 迅 猛 社 会 经 济 发 展 速 率 不 断 提 升 这种快速发展在给人们带来众多便利的同时也引发了 些许问题生态环 境 的 严 重 破 坏 就 是 其 中 一 个 现 如 今 我 国 自然生态环境由于工业化的迅猛发展造成了非常严重的破 坏在此背景之下要求人们不断探索各种新型能源 风力 资源的发现和应用就在一定程度上减少了对生态环境的破
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复合材料及碳纤维在风电叶片中的应用现状
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天津中车风电叶片工程有限公司!天津!#$$'$$
摘4要随着经济社会的不断发展能源逐渐短缺风力发电技术不断地发展成熟完善政府相关部门也给予了很大的重 视 风电叶片的尺寸大小和质量对于风力发电影响也是非常大的为了提高风力发电的影响力把碳纤维复合材料引进电叶 片的结构中使得风电叶片的质量过大的问题得到解决 另外本文简要的介绍了不同复合材料的特征和复合材料的发展简 史分析了碳纤维复合材料应用在风电叶片中的优点和对风力发电的工作效率和质量的提高作用
. Al坏l程度Ri而gh且t还s是R一e种s可er再v生e资d.源所以我们应该加大对其
的研究和开发力度 随着风力资源的广泛应用风机单机容 量也在不断扩大而风力机叶片在风机运转过程中发挥着至 关重要的作用如何不断优化风力机叶片性能就需要我们 采用更为轻质和性能更好的材料提高风力机运行效率是 我们目前风力机叶片需要研究的一个重要课题
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碳纤维在风电叶片中的应用Application of Carbon Fiber Composites in Wind Turbine Blade ABSTRACT:In order to reduce per-unit wind power cost,turbine power is continuously rising, which lead to bigger bladelength, so the application ofcarbon fiber in wind turbine blade isinevitable. This paper introduces the advantages and disadvantages of carbon fiber in wind turbine blade, and gives the ways to settle them.KEY WORDS:carbon fiber;wind turbine blade;wind power;application摘要为了降低风电成本，风电叶片的大型化是必然趋势，因此碳纤维在风电叶片中的应用便成为必然。
本文介绍了碳纤维在风电叶片上应用的用量、主要部位、优势和以及目前存在的不足，以及可能解决这些不足的技术思路。
关键词:碳纤维风力发电叶片应用应用背景风能作为一种绿色环保型能源是可再生能源中最具开发潜力的能源之一。
截止到2012年，世界风电总装机容量约282GW，预计到2016年将达到500GW，到2020年达到1000GW[1]..风机叶片是风力发电系统的关键动部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素，是风力发电机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。
随着现代风电技术的发展及日趋成熟，为了降低风电单位成本，风机功率不断提高，风力发电机组研究正沿着增大单机容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率的方向发展。
叶片的长度和风机的功率成正比，风机功率越大，叶片越长。
当叶片长度增加时，质量的增加要快于能量的提取，因为质量的增加和风叶长度的立方成正比，即W = AL3，如图1所示而风机产生的电能和风叶长度的平方成正比。
同时随着叶片长度的增加，对增强材料的强度和刚度等性能提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐显现出性能方面的不足。
为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够的刚度。
减轻叶片的质量，又要满足强度与刚度要求，有效的办法是采用碳纤维增强。
当风力机超过3 MW、叶片长度超过40 m时，叶片制造时采用碳纤维已成为必要的选择。
事实上，当叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片反而比玻璃纤维叶片便宜，因为材料用量、劳动力、运输和安装成本等都下降了[2]目前丹麦Vestas公司的V164-7MW风机，风轮直径长达164m，风机叶片长达80m。
此风机最大创新除其具有超大尺寸，还在于它是基于成熟技术开发的中速传动系统解决方案，能在很大程度上持续提升风能捕捉效率。
目前，我国国内最大海上风电叶片在国电龙源江苏如东30MW海上(潮间带)试验风电场扩建工程现场成功吊装。
叶片是来自丹麦LM公司，其长度达到73.5米，是目前国内投入运行的最大风电叶片。
该风机机型为5兆瓦风机，风轮可达直径151米碳纤维在风机用量图2为近些年碳纤维在风力发电叶片中的用量【3】，从图2可知２００１年以来，碳纤维在风机叶片中的应用量逐年增加。
其中２００５－２００７年碳纤维在风机叶片中的需求量增幅不大，这是由于自２００５年起，世界范围内碳纤维普遍供应短缺，出现了世界性的碳纤维危机。
但是从２００８年开始出现好转，各大纤维生产厂扩大生产，供应量增加，价格回落。
人们越来越意识到碳纤维在风机叶片中的优势，碳纤维在风机叶片中的应用呈现出前所未有的繁荣状态。
图2 碳纤维在风力发电叶片中的用量碳纤维应用部位风电叶片发展初期，由于叶片较小，有木叶片、布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片、铝合金叶片等等，随着叶片向大型化方向发展，复合材料逐渐取代其他材料几乎成为大型叶片的唯一可选材料。
复合材料具有其它单一材料无法比拟的优势之一就是其可设计性，通过调整单层的方向，可以获得该方向上所需要的强度和刚度。
更重要的是可利用材料的各向异性，使结构不同变形形式之间发生耦合。
比如由于弯扭耦合，使得结构在只受到弯矩作用时发生扭转。
在过去，叶片横截面耦合效应是一个让设计人员头疼的难题，设计工程想方设法消除耦合现象。
但在航空领域人们开始利用复合材料的弯扭耦合，拉剪耦合效应，提高机翼的性能。
受此启发人们在风电叶片上引人弯扭耦合设计概念，控制叶片的气弹变形，这就是气弹剪裁。
通过气弹剪裁，降低叶片的疲劳载荷，并优化功率输出。
而在选择叶片材料的问题上，由于碳纤维比玻璃纤维昂贵，采用百分之百的碳纤维制造叶片从成本上来说是不合算的。
目前国外碳纤维主要是和玻璃纤维混和使用，碳纤维只是用在一些关键的部分。
以下介绍的是碳纤维在叶片中应用的主要部位[4]（1）横梁（Spar），尤其是横梁盖（Spar Caps）是目前碳纤维在风电叶片中最重要的部位。
相比GFRP，CFRP在提高叶片强度的同时却大幅减轻了自身重量。
（2）蒙皮表面蒙皮表面整体使用碳纤维，可以降低作用在内支撑梁上的受力和扭矩，通过设计可以实现“材料诱导式”的叶片受载弯扭耦合。
据NEG麦康公司的专利报导，叶片在总长度的60％～85％部分用CFRP条带加固叶片蒙皮横截面外部圆周的一个薄层，该薄层可提高蒙皮抵抗拉力和压力的能力[5]（3）前后边缘，除了提高刚度和降低质量外，还起到避免雷击对叶片造成损伤（专利US6457943B1）的作用，如图3中涂黑的部分采用碳纤维（4）叶片根部碳纤维应用于叶片根部时，不仅可以提高根部材料的断裂强度和承载强度，使施加在螺栓上的动态载荷减小，还可以增加叶根法兰处的螺栓数量，从而增加叶片和轮毂连接处的静态强度和疲劳[6]强度（5）靠近叶尖部分。
由于靠近叶尖的部分采用CFRP，其质量较小，靠近叶根部分可以使用较少的材料，减小了在风机轮毂上的负载。
此外，刚度较大的叶尖部分可以减小由于叶片偏振太厉害以致叶片尖部击打杆塔的危险。
相对较硬的叶尖部分和相对较低刚度的叶根部分形成了一个有利的偏斜形状，气动阻尼增加，可以减小气动载荷。
同时，中间过渡区的存在避免了CFRP和GFRP之间刚度的突然变化导致的应力集中。
与只由GFRP制成的叶片或只dt CFRP制成的叶片相比，该叶片具有优异的刚度成本比(6)定桨矩风机叶尖刹车段的碳纤维轴。
在风力发电叶片的材料选用上，混杂纤维增强技术需要发挥各种纤维的性能优势，保证良好的浸润性，保证碳纤维的伸直取向，在保证性能优良的情况下降低成本。
我国还需要进一步探索这种混杂技术。
图3 碳纤维用于叶片前后边缘和横梁碳纤维在风电叶片应用中的优势(1)提高叶片刚度，减轻叶片重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至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120米的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻纤的相比，重量可减轻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两倍。
据分析，采用碳/玻混杂增强方案，叶片可减重20%～30%。
Vesta Wind System公司的V90 3 Mw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 2 MW发电机且为39米长的叶片质量相同。
同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。
其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%[7]。
(2)使风机的输出功率更平滑更均衡，提高风能利用效率使用碳纤维后，叶片重量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。
同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。
(3)提高叶片抗疲劳性能风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24小时的处于工作状态。
这就使材料易于受到损害。
一般认为CFRP相比GFRP韧性较小，更具有脆性，但是相关研究表明，当碳纤维与树脂材料混合时，通过一定的复合加工成型工艺，以及生产质量的控制和叶片结构和几何形状的优化，就可以保证叶片的寿命要求，能够满足在恶劣气候环境状况下的正常工作。
(4)可制造低风速叶片碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。
(5)可制造自适应叶片叶片装在发电机的转轮上，叶片的角度可调。
目前主动型调节风机的设计风速为13 to15m/s，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。
斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的，但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控用系统(thepitch control system)，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。
自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。
美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片的研究，使1.5MW的风机发电成本降到4.9美分/(kW·h)，价格可和燃料发电相比[8](6)利用导电性能避免雷击利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤[9](8)具有振动阻尼特性。
碳纤维的振动阻尼特性可避免叶片自然频率与塔暂短频率间发生任何共振的可能性。
(7)降低风力机叶片的制造和运输成本由于减少了材料的应用，所以纤维和树脂的应用都减少了，叶片变得轻巧，制造和运输成本都会下降。
可缩小工厂的规模和运输设备。
4. 碳纤维应用的主要问题和解决途径碳纤维应用的缺陷：(1)昂贵的价格目前影响碳纤维在风电领域更进一步的碳纤维推广的主要因素是碳纤维自身的昂贵价格，以及他所带来的较低性价比。
在设计叶片的时候，只有超过一定尺寸后，因为材料用量下降，才能比玻纤叶片便宜。
目前采用碳纤维和玻璃纤维共混结构是一种比较好的办法，而且还综合了两种材料的性能。
另外一种方法是采用从沥青制造的成本较低的碳纤维，这种碳纤维的价格可以降到5美元/磅的心理价位。
(3)加工困难直径较小的碳纤维表面积较大，复合材料成型加工浸润比较困难。
由于碳纤维叶片一般采环氧树脂制造，想要通过降低环氧树脂制造的熟度而不降低它的力学性能是比较困难的，这也是一些厂家采用预浸料工艺的原因。