结构芯材在风电叶片中的应用
思瀚产业研究院    2024-06-27

1、结构芯材概况

结构芯材（Structural core materials）是在夹层结构复合材料（Sandwich-structured composites）中作为芯材使用的一类材料。

夹层结构复合材料是一类特殊形式的复合材料，一般是由较薄且强度高的上、下面板（也叫做蒙皮）与相对较厚并且重量较轻的芯材组成。

采用夹层结构具有质量轻、弯曲刚度与强度大、抗失稳能力强、耐疲劳等优点，使用夹层架构可以显著减轻材料质量并提高性能指标，因此夹层结构复合材料在风力发电、航空航天、船舶、轨道交通、汽车、建筑节能等轻质复合材料领域得到广泛利用。

在夹层结构中通过使用低密度的夹芯材料来增加复合材料的厚度，这样可以在重量增加很少的情况下大幅提升材料刚度。根据这一特点，结构芯材首先需要具有密度低重量轻的特点；其次，为使面板在相互之间具有一定距离的情况下保持稳定，结构夹芯材料还要承受一定的应力。

2、结构芯材在风电叶片中的应用

随着风电技术的成熟，风力发电机组快速提升，风电叶片呈现大型化、轻量化、智能化发展趋势。降低大型风机叶片的重量，既可以减轻风机及叶片在运行时的压力，避免因叶片晃动而造成的对轴承、电机、塔筒等部件的损伤，提高风力发电经济效益。

同时，大型风电叶片对强度和刚度要求越来越高，因此对制造叶片所用材料的重量、强度、刚度和成本优势也提出了更高的要求。夹层结构是风电叶片的重要组成部分，可以提升叶片的结构刚度和强度，减轻叶片的重量，防止局部失稳，进一步提高整个叶片的抗冲击和抗载荷能力。在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位，一般都会采用夹层结构。

目前在风电叶片中所使用的结构夹芯材料，主要包括轻木、PVC 泡沫、PET 泡沫等。夹芯材料的厚度从叶片根部到叶片尖端逐渐减小，强度相对较高的轻木用于承受载荷较大的靠近叶片根部的部位，泡沫芯材用于承载相对较小的靠近叶片顶端的部位。

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