Adakah bahagian penggunaan gentian karbon termoplastik dalam projek kuasa angin akan meningkat dengan ketara?
Pada masa ini, pembangunan industri gentian karbon di China menghadapi kesesakan. Terdapat lebihan bekalan kapasiti pengeluaran gentian karbon rendah, yang telah menyebabkan penurunan ketara dalam harga produk gentian karbon standard akibat kesan ke atas industri hiliran. Sementara itu, gentian karbon sederhana dan mewah tidak dapat dihasilkan secara besar-besaran disebabkan oleh kesukaran teknikal yang lebih tinggi, menyebabkan permintaan tidak dipenuhi dalam bidang mewah seperti aeroangkasa. Untuk mengimbangi bekalan dan permintaan, beberapa kajian mencadangkan bahawa peningkatan stabil industri kuasa angin boleh menyerap sebahagian daripada kapasiti pengeluaran gentian karbon. Walau bagaimanapun, apakah keadaan sebenar dalam industri kuasa angin? Adakah ia memerlukan komposit gentian karbon rendah atau sederhana hingga tinggi?
Pengenalan kepada Serat Karbon dan Matriks Resin dalam Bilah Turbin Angin
Turbin angin umumnya terdiri daripada komponen seperti rotor, penjana, mekanisme yaw, menara, peranti keselamatan mengehadkan kelajuan, dan sistem penyimpanan tenaga. Rotor terdiri daripada beberapa bilah panjang, yang merupakan tumpuan teras perbincangan ini. Bilah turbin angin terutamanya terdiri daripada bahan teras, bahan matriks, bahan tetulang, dan salutan permukaan. Kos bahan mentah dalam menghasilkan satu bilah boleh menyumbang sehingga 70%, terutamanya termasuk gentian tetulang, resin matriks, bahan teras, pelekat struktur, logam dan aksesori.
Pada masa ini, bahan tetulang yang digunakan dalam bilah turbin angin adalah terutamanya gentian kaca dan gentian karbon. Apabila saiz turbin meningkat, panjang bilah turbin angin juga bertambah, membawa kepada permintaan yang lebih tinggi untuk kekakuan keseluruhan. Prestasi tetulang gentian kaca secara beransur-ansur mencapai kesesakan, di mana kelebihan prestasi mekanikal gentian karbon telah mula muncul. Aliran pembangunan ini telah membolehkan gentian karbon dan komposit menonjol dalam industri kuasa angin, dan dengan kelebihan sedia ada sifat ringannya, ia mungkin menggantikan gentian kaca pada masa hadapan.
Penyelidikan daripada "Aplikasi dan Pembangunan Komposit dalam Bilah Turbin Angin Besar" menunjukkan bahawa modulus gentian karbon adalah 3 hingga 8 kali lebih tinggi daripada gentian kaca, manakala ketumpatannya lebih kurang 30% lebih rendah. Ini memungkinkan untuk memenuhi keperluan untuk penskalaan dan pemberat ringan bilah. Menurut unjuran, kadar penembusan gentian karbon dalam rasuk utama turbin angin darat dan luar pesisir akan meningkat secara beransur-ansur, dan terdapat keperluan yang ketara untuk bilah turbin angin besar menggunakan rasuk utama gentian karbon.
Bagi resin matriks dalam bilah turbin angin, resin epoksi dan resin poliester tak tepu adalah bahan utama yang digunakan. Di antaranya, resin epoksi kini merupakan komponen utama komposit gentian karbon termoset kerana kesukaran penyediaannya yang lebih rendah, bentuk fizikal yang stabil selepas pengacuan, dan prestasi keseluruhan yang sangat baik. Oleh itu, ia telah menjadi bahagian teras industri gentian karbon semasa. Tambahan pula, penyelidikan ke dalam pelbagai resin telah mendedahkan bahawa resin termoplastik juga mempunyai keserasian yang tinggi dengan gentian karbon, dan ia lebih kondusif untuk dikitar semula dan digunakan semula, menjadikannya hala tuju penting untuk pembangunan masa hadapan.
Bolehkah Gentian Karbon Termoplastik Menggantikan Gentian Karbon Termoset dalam Bilah Turbin Angin?
Terdapat banyak jenis resin termoplastik, termasuk polieter eter keton (PEEK), polieter keton (PAEK), polieter keton (PEK), polifenilena sulfida (PPS), poliamida (PA), dan polieter sulfon (PES). Prestasi komposit gentian karbon termoplastik yang dibentuk oleh resin ini digabungkan dengan gentian karbon sangat berbeza. Oleh itu, untuk menggantikan gentian karbon termoset secara meluas dalam industri kuasa angin, lebih banyak penyelidikan dan eksperimen diperlukan. Sebelum itu, mari kita fahami terlebih dahulu kebaikan dan keburukan termoset dan gentian karbon termoplastik.
1. Termoset Serat Karbon:
A. Proses Pengawetan: Gentian karbon termoset menjalani proses pengawetan semasa pembuatan. Setelah sembuh, mereka tidak boleh dibentuk semula, yang tidak kondusif untuk pemprosesan sekunder dan kitar semula.
B. Kekuatan dan Kekakuan: Gentian karbon termoset biasanya menunjukkan kekuatan dan kekakuan yang lebih besar daripada beberapa gentian karbon termoplastik. Selain itu, rintangan suhu tinggi dan rintangan haus mereka mempunyai kelebihan dan kekurangan mereka sendiri.
C. kerapuhan: Berbanding gentian karbon termoplastik, gentian karbon termoset mungkin lebih rapuh dan lebih terdedah kepada kerosakan semasa penggunaan sebenar.
2. Serat Karbon Termoplastik:
A. Kebolehkitar semula: Satu kelebihan ketara gentian karbon termoplastik ialah kebolehkitar semulanya; ia boleh dicairkan dan dibentuk semula beberapa kali tanpa kehilangan sifat mekanikal yang ketara.
B. Masa Pemprosesan: Masa pemprosesan untuk gentian karbon termoplastik biasanya lebih pendek daripada gentian karbon termoset, dan ia boleh diproses menggunakan teknik pembuatan pintar.
C. Rintangan Kesan: Gentian karbon termoplastik menunjukkan rintangan hentaman yang lebih baik berbanding gentian karbon termoset.
3. Perbandingan Aplikasi Praktikal:
A. kos: Gentian karbon termoplastik mempunyai kelebihan dalam pemprosesan, dengan kos yang lebih rendah sebaik sahaja teknologi matang, tetapi kos bahan mentah yang tinggi masih menjadi isu.
B. Kematangan Teknologi: Teknologi dan proses pembuatan gentian karbon termoplastik mungkin tidak matang seperti gentian karbon termoset, kerana yang pertama mempunyai garis masa pembangunan yang lebih pendek, tetapi ia mempunyai potensi yang lebih besar.
Ringkasnya, walaupun gentian karbon termoplastik menunjukkan kelebihan ketara dalam kawasan tertentu, penggantian gentian karbon termoset secara meluas dalam bilah turbin angin memerlukan penyelidikan dan pembangunan lanjut.
Adakah Perkadaran Aplikasi Gentian Karbon Termoplastik dalam Projek Kuasa Angin Akan Meningkat Dengan Ketara?
Pada masa ini, perkadaran penggunaan gentian karbon termoplastik dalam projek kuasa angin agak kecil, dan tidak pasti sama ada ia akan meningkat dengan ketara pada masa hadapan. Ini kerana kelebihan yang ditawarkan oleh komposit gentian karbon termoset-seperti sifat ringan, kekuatan tinggi dan kekakuan tinggi-sudah memenuhi permintaan penggunaan semasa. Malah gentian karbon yang lebih rendah boleh memberikan sokongan prestasi yang mencukupi, yang merupakan salah satu sebab mengapa gentian karbon bahagian bawah telah diperkenalkan ke dalam industri kuasa angin untuk mengimbangi bekalan dan permintaan dalam sektor gentian karbon.
Walau bagaimanapun, industri kuasa angin sedang berkembang, dan industri gentian karbon juga berkembang. Sama seperti prestasi gentian kaca mencapai kesesakan, penggunaan gentian karbon termoset dalam sektor kuasa angin juga mungkin menghadapi had pada masa hadapan. Mungkin terdapat pencarian untuk teknologi pemprosesan yang lebih pantas, prestasi yang lebih komprehensif daripada komposit gentian karbon, dan matriks resin yang kurang mencemarkan alam sekitar. Ini adalah tepat kawasan di mana gentian karbon termoplastik unggul. Inilah sebabnya mengapa banyak syarikat dan institusi, di dalam dan di luar negara, komited untuk menyelidik gentian karbon termoplastik.
