Page 121 - 无损检测2025年第一期

孙淑义，等：

风电叶片复合材料的无损检测技术研究现状

质量轻、强度大、隔热性能好等优点，但受到制作工 风电叶片由上下壳体和腹板组成，其结构截面示
艺以及材料本身特质的影响，复合材料在生产或者 意如图1所示。上下壳体主要由增强材料、基体材料
使用阶段都易出现损伤和缺陷，进而影响叶片的强 和芯材（泡沫和巴杉木）构成，增强材料与基体材料
度、刚度和使用寿命，导致整机无法正常运行，并成 负责增加叶片结构的强度与刚度，芯材起着优化质量
为重大工程事故的隐患 。除此之外，复合材料本 等作用，腹板支撑上下壳体，增加叶片的力学强度 。
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身的复杂结构和异质性也增加了叶片内部缺陷检测
的难度和复杂性。因此，如何有效地对风电叶片进
行无损检测已成为风电行业面临的一项重要挑战。
文章介绍了复合材料在风电叶片制造领域的应
用与发展，并分析了叶片在加工制造、运行使用等阶
段的典型缺陷类型及特征，总结整理了近几年复合
材料领域较为成熟的无损检测技术，介绍了不同方
图 1 风电叶片结构截面示意
法的原理、优点、局限性、发展现状及应用场景，并对
未来风电叶片复合材料无损检测领域的发展进行了 1.1 复合材料在主梁增强材料中的应用现状
在选取风电叶片主梁的增强材料时，根据力学
展望，以为风电叶片无损检测领域提供了技术参考。
性能要求通常选择玻璃纤维或碳纤维。美国桑迪
1 复合材料在风电叶片的应用与发展 亚国家实验室（SNL）在2021年对叶片长度与纤维

复合材料（Composite materials）是由两种或两 材料占比进行了统计，统计结果如图2 所示，可知
种以上具有不同性质的材料，通过物理或化学的方 在力学性能要求较低的较小型风电叶片中，主梁多
法，在宏观尺度上组成的具有新性能的材料 。近 采用玻璃纤维材料，较大型叶片则更倾向于采用碳
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年来，由于其在生产效率、成本效益等方面取得了显 纤维或碳纤与玻纤混合的复合材料。伍德麦肯兹公
著进展，以及本身具有轻质高强度、抗疲劳性、耐腐 司预测的2024—2030年陆上和海上风电叶片主梁
蚀性、耐磨性等特性，复合材料越来越广泛应用于航 材料占比发展趋势如图 3 所示，预测趋势显示，到
空航天、风力发电、交通运输、医疗设备、建筑、海洋 2030年，碳纤维拉挤板材料将取代其他材料，成为
等领域。 风电叶片最主要的主梁材料。

图 2 不同材料占比随叶片长度的变化情况

1.2 复合材料在叶片基体中的应用现状 轻质的复合材料结构，满足风电叶片对于强度、刚度和
风电叶片通常选用环氧树脂作为基体材料，这主 耐候性等方面的要求。
要是因为环氧树脂具有优良的黏结性、耐腐蚀性和机 考虑到叶片淘汰后的回收利用以及成本与稳定
械性能 。其固化后会与增强材料结合形成高强度、 性等问题，未来树脂材料的发展将主要集中在高性
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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测