風機葉片通常是由玻纖增強環氧樹脂制成的。但是風能行業的迅速發展，需要周期更短的生產工藝。是的，如果我們可以用熱塑性材料替代環氧樹脂，我們就可以更快地制造出更多的葉片。

　　如果我們可以用熱塑性增強材料取代環氧樹脂來制造風機葉片，我們就可以加快風機的制造速度。但是，采用注塑工藝只能生產非常小的葉片，熱壓技術同樣也限制了產品的尺寸。

　　對于長度達幾十米的工業級風機葉片，需要采用真空灌注工藝。但是，熔融的熱塑性塑料的密度太高，無法將其壓入每一個角落、縫隙和巨型葉片的玻璃纖維里。另一種缺陷就是這種材料需要較高的加工溫度，從而增加了成本。

　　但是各地的生產商和研究者們都在嘗試新的方法。例如，比較容易流動的材料，像聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚合內酰胺（APLC-12）， 以及低密度溶劑載體等溶液。

　　荷蘭Delft 大學的Duwind 風機研究所開發了一種以APA 6（陰離子聚酰胺） 為原料的加工工藝。材料不是作為聚合物而是作為反應混合物被放入模具的， 隨后單體（ε- 己內酰胺）發生原位聚合，成為高分子量的熱塑性聚酰胺6（PA 6）?；旌衔锏拿芏葹?0mPas（環氧樹脂密度的十分之一），能夠以比環氧樹脂更快的速度流入模具內。它也能夠更快地固化形成聚合物。

　　Duwind 研究所的研究員Kjelt van Rijswijk 在他的博士學習階段提出了這種材料。低密度（因此對于成品沒有尺寸限制）和低加工溫度是重要的標準。APA 6 的固化過程在180℃時大約需要90 分鐘。這一點與PBT 相比毫不遜色， 后者需要的溫度在180 ～ 200℃之間。

　　“我想方設法進一步縮短固化時間，降低固化溫度。”Duwind 的研究員Julie Teuwen 說， 她在大約一年前獲得了博士學位?！拔覀儸F在可以在150℃下，在30 分鐘內固化APA 6 制成的葉片?！?/P>

　　濕度

　　Teuwen 接替了van Rijswijk 的工作， 他測試了不同材料制成的樣品強度，發現增強型APA 6 的機械性能幾乎與增強型環氧樹脂一樣好，甚至還要更好一點。

　　聽起來很不錯，但是有一個大問題。

　　“這些性能在材料處于干態時是非常好的。”Teuwen 說，“但是尼龍會吸水， 因此它的性能比環氧樹脂要差一些。”

　　幸運的是，他們在測試數據中發現了某些有趣的事情。

　　APA 6 的疲勞曲線的斜率與環氧樹脂是相同的，但是，它開始和結束的點都比環氧樹脂低一點?！彼f?！耙虼?， 它并非像環氧樹脂一樣好，但是在我們將APA 6 的曲線與普通PA 6 對比之后， 我們看到了較大的改進?！?

　　事實證明，在固化過程中，APA 6 的分子鏈會通過化學鍵與纖維連接在一起。

　　特殊的玻纖浸潤劑

　　“玻纖的活性浸潤保證了聚合物鏈可以從纖維上開始生長，因此纖維可以與基體更好地粘接。”Teuwen 解釋說。

　　“這是常規熱塑性材料與諸如APA 6 的活性熱塑性材料之間的一大差別。在常規熱塑性材料中，聚合物在玻璃纖維周圍固化，它與纖維之間的粘接僅僅是依靠收縮作用。因此，纖維周圍只有機械連接。而活性熱塑性材料與纖維之間存在化學連接，因此更牢固?！?

　　這一點對于能夠決定性能，例如剪切性能、橫向拉伸強度和疲勞性能的基體來說尤其具有參考價值。研究小組猜想纖維的浸潤具有很大的影響。浸潤劑是一種涂料或者底漆，可以保護玻纖長絲，增強玻纖與基體之間的粘接力度。因此，他們決定與玻纖供應商一起開發一種特殊的浸潤劑。

　　“我們采用化學浸潤劑，它能夠與樹脂發生反應，在纖維和基體之間產生較強的化學連接作用。”Teuwen 說。

　　這種特殊的浸潤劑具有較短的固化時間和較低的固化溫度：150℃，而不是180℃。

　　“我們可以在30 分鐘之內將產品從模具中取出來。但是我們仍然需要將其額外再靜止30 分鐘，以消除機械應力?！?

　　即使算上這額外的30 分鐘退火時間，該工藝的固化時間仍然比環氧樹脂短，后者通常需要4 ～ 6 小時。APA 6 的確需要多一點時間來加熱模具，以達到較高的溫度，但是其灌注時間比較短。而且，APA 6 成品固化后，可以將其從模具中取出，然后放入烘箱中進行退火處理，如此可以進一步加快生產過程。

　　采用新的浸潤劑，這種材料不僅會變得更加牢固，更緊密的化學連接也更好地防止了濕氣的侵入。因此，成品會吸收更少的水分，甚至已達到飽和狀態。因此，其機械性能至少與環氧樹脂保持在同一水平上。

　　更精簡的葉片

　　Teuwen 確保APA 6 的生產過程基本上與環氧樹脂是相同的，因此，風機葉片制造商不必轉換為全新的生產技術。這不過還是一個把泡沫芯材用纖維包裹后放入模具的過程。然后加熱模具， 采用真空灌注方法將樹脂注入模具。“你需要一種可以耐受高溫的泡沫芯材。”Teuwen 說，“將基材粘接到泡沫上也是一個問題，但是我們想辦法解決了?！?

　　遺憾的是，Teuwen 不能透漏他們采用的是哪種芯材。

　　另一方面，采用熱塑性材料開啟了一個具有多種加工工藝可能性的全新領域。熱塑性塑料可以熱成型，可以通過焊接連接在一起，成品具有良好的抗沖擊性能、高強度和耐化學腐蝕性，因為不需要使用膠水。假設你是從零開始， 并嘗試利用熱塑性材料的所有優勢：你可以設計出更好的葉片嗎？

　　這正是從Duwind 研究所畢業的另一位博士Simon Joncas 所做的工作。他模擬了運行中的風機葉片的外表面和載荷。然后，他通過計算機找出需要額外的材料以有效承受載荷的點，優化了葉片的設計。

　　“終的設計更像是飛機機翼， 帶有翼肋和翼梁， 而不是泡沫芯材?！盩euwen 解釋道。

　　“新的設計在葉片中間帶有一個載荷承載箱，加強肋位于前方和尾部。這一設計比使用泡沫芯材的環氧樹脂葉片重量輕3 ～ 5%。”

　　技術演示

　　該研究團隊采用Joncas 的設計和玻纖織物增強的APA 6 做了一個概念驗證，如圖所示。

　　“這是一個葉片的截面部位，2 米長、1 米寬、60 厘米高?！彼f，“在這個葉片中。我們努力集合所有的元素：不僅是新材料，還有熱塑性材料的加工優勢。”

　　該原型是模塊化構造。葉片中間的承載箱是在模具中制成的，葉片的前部也是在模具中制成的，而尾部采用兩塊平板制成。

　　加強肋采用平板切割而成。接著采用紅外加熱器進行加熱，隨后，在金屬模具和橡膠模具之間將其壓彎，在他們的四周形成突出的邊緣。所有的部件采用金屬網焊接在一起：將金屬網放在部件中間進行焊接，然后通電，兩側的塑料就會通過金屬網熔融在一起了。當然， 采用碳或者超聲焊接也可以實現。

　　更加環保

　　采用APA 6 制成的葉片應該比環氧樹脂更加環保，因為沒有揮發性有機物（VOC）釋放出來。此外，環氧樹脂的化學組分只有兩年的保質期，而APA 6 的保質期是無限期的。

　　“這種材料已經被用于各行各業的各種應用中?！盩euwen 說。

　　“甚至還有一家工廠可以回收這種材料，將其變回我們初采用的單體狀態。但是，可能的回收方式是粉碎。Simon Joncas 看到了我們廢料堆上的產品，其中一些已經放在那四年了。他將這些產品粉碎，然后通過擠出機得到新的測試產品。結果這些產品比用HPA 6 制成的常規擠出產品具有更好的化學和機械性能，兩者采用的纖維長度是相同的。這再一次得益于APA 6 復合材料具有更強的化學粘接力?！?/P>

　　廣泛的關注

　　采用新型浸潤劑的風機葉片仍然需要進行基準測試。老化、大規模生產的可行性和成本等問題也需要進一步的研究。但是，生產周期縮短一半以上的潛在可能已經吸引了業內人士的廣泛關注。

　　APA 6 可能還會令風機葉片的價格變低。

　　“這種材料更便宜，但是模具更貴， 因為所需的加工溫度更高?！盩euwen 解釋說。

　　“一開始，你需要一個較高的灌注溫度：90 ～ 100℃，然后你必須加熱到150℃以便固化。因此，對于APA 6， 模具至少要能夠承受180℃的高溫，因為固化過程中會有熱量釋放出來。環氧樹脂用的模具玻璃化溫度可以低至120℃。然而，在風機葉片行業，許多制造商采用預浸料。它們也具有相對較高的固化溫度：120 ～ 140℃之間。因此， 相對于此，APA 6 的固化溫度并不是那么高。”