2019年4月11—12日,第五屆中國國際風電復合材料高峰論壇(CWPC2019)于中國重慶隆重召開。在大會專題一:科技創新 成就未來——“創新材料、革新技術”中,浙江恒石纖維基業有限公司研發部經理劉召軍先生作了題為《高性能玻璃纖維織物在輕量化大葉型上的創新解決方案》的精彩演講。
以下為演講實錄:
大家上午好,非常感謝組委會給我們這樣一個機會,讓我們把去年一年多時間所做的工作,給大家做一個匯報。我匯報的題目是“高性能玻璃織物在輕量化大葉型上的創新解決方案”。恒石公司發展歷史的里程碑,1996年成立石門東方廠,至今發展有50年歷史,近20年快速發展,公司已經進入了良性發展軌道。2015年香港主板實現了正式上市,目前恒石公司在全球擁有4個生產基地,分別是中國桐鄉、埃及、土耳其、美國。
隨著市場的推廣和發展,現在的市場整體分布,國內國外大概是1:1.5的比例,整個歐美市場出口占出口的絕大部分,年出口量8萬噸。隨著風力市場的回暖,年銷售量每年大概以20%的速度在增長,2018年銷售總量達到14.1萬噸,占全球風電市場玻纖份額的25%。恒石公司經過了20年的發展,主要在風電領域里有單軸、雙軸、三軸、四軸等一系列產品。各類產品總計有1300多個,目前與國內外的知名葉片廠建立了一些穩定合作關系,風電客戶18家,非風電客戶36家,在這里我非常感謝這些客戶,這么多年來對恒石的大力支持。經過20年的發展和積淀之后,恒石公司形成了自有的一些特色優勢:原材料開發能力、產品設計開發能力、先進設備工裝水平等。
接下來進入正題,主要從四方面進行匯報。隨著海上風電的興起,剛剛專家也講到了平價上網趨勢的遞進,風電葉片綜合成本的居高不下,也就是制約風電發展的主要原因之一。我們一直在想通過風電葉片長度的提升,降低葉片的總量提高單機葉片發電效率。2015年甚至更早時間,風電葉片廠每年在以10%速度在增長,葉片的總量也在以幾何數字在提升。到2018年之后,葉片數量增長幅度是有一個明顯的回落。這里面跟葉片結構設計,生產工藝的改進,特別是材料系統的提升,應該有很重要的關系。一些高性能產品引入到葉片的制造使用和推廣過程中,高性能材料成為一個比較熱門的話題,最早高性能玻璃纖維,到嘗試于一些碳纖維織物、拉伸碳板等新材料應用葉片當中,對于葉片的輕量化發展,提供了一個很好的支撐。
相較于玻璃纖維,碳纖維質量性能好,但是價格一直是讓大家望而卻步的,目前一直在降本思潮下,要實現批量化的應用,還是任重道遠。近兩年的時間內,恒石公司結合客戶需求,通過采用高模高強的玻璃纖維,開發了一系列單向多軸向的高性能玻璃纖維織物,總共有20余種。對于葉片輕量化發展要求,我們提供的第一個建議方案,就是采用高模或者超高模替代普通織物,目的是達到降本提質。這是我們已經量產的單軸向高模織物,相較于常規單向織物,18織物無論拉伸壓縮性能都有不同幅度的提升,特別是拉伸性能,經常有一些同志問我,你們18織物到底能達到多少?拉伸性能能達到51還是52?就取決于玻纖含量,18玻纖含量如果做得高一點,達到52也是有可以的。
我們結合客戶的需求,也開發了一系列的多軸向高模織物,這些織物的開發,一方面是為了給殼體的減重,主要的作用是為了適應大葉型的發展,普通的玻纖織物在材料性能上達不到要求。測試性能上來看,在某些方面的性能還是比較突出的,我這里做了一個簡單的總結。從單向織物來講,高模量織物比普通織物提升15%,多軸向織物相較于普通的織物提高7%—10%的拉伸效能。這種幅度的提升,對于大葉型,特別是未來90米以上的葉型開發設計,對材料工程師來講是有了一個更多的選擇。
我舉了一個高模產品葉片應用案例,95.5主要玻纖用量減少了95.5D,除了單向織物,還有高模多向織物也實現了批量使用,我這里沒有一個對比的數字。高模多向織物的引入,給殼體減重是一個方面,最主要還是解決了力學性能方面的要求。
第二種方案大克重替代小克重織物,起到降本提質的作用,我整理了一下已經開發的幾款玻纖織物,現在常規用的EU250變成1560過后,拉伸性能也有一個明顯的提升。同理,除了對于單向織物,我們在多軸向織物也進行了一個嘗試,從驗證的結果來看,某些材料性能還是有一個明顯提升,大克重織物相比小克織物拉伸性能提升15%—20%,這個幅度比較大,這種幅度的提升,對于大葉片的開發,也是有一個很好的促進作用,對材料工程師也提供了更多的選擇和可能。
高模產品在國內外的應用業績,除了單向織物還有大克重織物,在國內外已經實現了批量使用。我相信隨著大葉型開發的不斷深入,高模產品的應用,未來會在更多的葉型上得到體現。
最后對今天的匯報,以及我提的兩點方案優勢做一個簡單總結。高模替代普通玻纖織物的優點:性能有穩定提升,材料用量明顯減少、材料綜合成本顯著的降低。大克重替代小克重織物的優點,材料性能穩中有升,葉片重量明顯降低,生產效率明顯提高,葉片綜合成本明顯降低。為了迎接大葉片的發展趨勢,還有成本逐漸下降的挑戰,除了從材料更新上想辦法,還需要從結構設計和工藝改進方面進行一個深入研究,從而使整個全產業鏈成本出現一個良性的發展。
最后讓我們一起努力,為風電事業的美好明天,一起奮斗,謝謝大家。
(發言由現場速記整理,未經本人審閱)