在更重視節約能源的今天，樹脂類復合材料（以下稱為FRP，通常也稱為玻璃鋼）以其質量輕、強度高的特點，在大型結構部件上的應用得到了急速的發展。在三菱重工的諸如風力發電機葉片、飛機的結構部件、成套設備部件等多種產品領域也同樣得到應用。將FRP用于大型結構部件時，拉伸強度和疲勞強度等材料物性指標與耐久性指標自不必說，以高度的適產性（工藝性好、效率高—譯者注）制造出高質量產品是一個大的課題。

FRP的成型方法有手工鋪層法、纏繞法、高壓釜法（預浸料成型法）、樹脂傳遞模塑法（RTM）等多種。本文介紹的是其中作為高質量大型FRP結構部件的制造法而備受矚目，也被用于三菱重工風力發電機葉片的VaRTM成型法（即真空輔助樹脂傳遞模塑：Vacuum assisted Resin Transfer Molding）。

1、VaRTM成型法的特點

VaRTM成型法的特點如圖1所示。VaRTM成型法是指在成形型（成形模具—譯者注）上首先鋪設強化纖維基材（玻璃纖維或碳纖維等編織物），用塑料薄膜封閉后再抽成真空，然后將液狀樹脂注入，由負壓原理使其完全浸入纖維基材各處并使其硬（固）化。這種FRP的成型法也是PTM法的一種。為方便樹脂浸入（擴散）及獲得較好的葉片表面，在強化纖維基材與成形型以及塑料薄膜之間分別使用了專用的網狀罩布和剝離罩布。 123456


VaRTM成型法特點是：不需要諸如壓力釜等那樣龐大且復雜的設備，大型結構部件可簡單地一次成型以及有機溶劑的揮發量少，作業環境較好。與過去FRP結構件常用的手工鋪層法相比，能夠實現纖維含量高、氣孔率低，所以FRP的成型高質量等等。

2、風力發電機葉片

三菱重工從1982年開發最初的商業用風力發電機（300kW級）以來，又陸續將450kW、600kW級風力發電機投入了市場。2003年開發了具有世界一流性能水平的MWT-1000A，至2004年末世界各地共有約1800臺三菱制風力發電機在運轉。2006年預計推出2400kW級超大型、高性能風力發電機（已經實現—譯者注）。各類別風力發電機所用葉片的比較參見圖2。

為盡量減輕重量，葉片材料使用玻璃纖維強化塑料（GFRP）。比較典型、與各級別風力發電機相匹配的葉片其長度有12米（250～300kW級風機用）、18～20米（450～600 kW級風機用）、27～30米（1000 kW級風機用）、36米（2000 kW級風機用）等三種（原文如此—譯者注）。2005年末三菱重工完成了與2400kW風力發電機相匹配的長度超過40米的超大型葉片的制作。

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對于風力發電機葉片，一般來說小型機用時要從成本優先考慮，較多地采用手工鋪層法制作。而大型機的葉片對剛、強度要求較高，必須采用高壓釜法（預浸料成型法）或VaRTM 成型法。從制作面積大、有一定壁厚要求等方面考慮，許多生產廠采用了VaRTM 成型法。

三菱重工在制作長度超過20米的大型葉片時使用VaRTM 成型法。圖3顯示了用VaRTM 成型法制作FRP葉片的情形。 用這種方法在制作長寬為30米×2.5米、最大厚度120毫米的葉片外皮時，只經過一次注入即能夠完成成型。另外，由于使用了低粘度樹脂并配置了多條樹脂注入管線，使樹脂注入及浸漬時間縮短，是一種生產效率較高的葉片制造技術。


葉片用的FRP成型樹脂和強化纖維必須有足夠的強度并適合于VaRTM方法成型，因此使用了具有熱硬化性的樹脂以及玻璃纖維的基材。 本文來自123
作為熱硬化性樹脂，從經濟性、操作性和生產效率等方面考慮，使用通常的不飽和聚酯和乙烯酯。

從經濟性考慮強化纖維用玻璃纖維。圖4表示了作為纖維織物主體形態的編織纖維。由捻絲綁扎、排列整齊的纖維束的起伏很小，使得編織纖維的壓縮強度大為提高。如圖5所示，使用編織纖維的FRP的壓縮破斷強度要高于使用傳統織物纖維的FRP。另外，由于可制作沿0°、90°、±45°等多方向（設置）及與網格基材等組合成多層織物，因此能夠針對不同風力發電機的需求選擇最適合的（編織纖維）基材。





結論

通用（機械）領域的復合材料制品日趨大型化，航空、航天設備所用的碳纖維強化玻璃鋼制品（CFRP）也同樣存在這種傾向。 內容來自123456

使用VaRTM成型工藝不需要大量的設備投資，能夠廉價地制造高質量的大型FRP結構部件，因此以歐美為中心正得到急速地發展。三菱重工也同樣使用VaRTM成型法制作了長度超過40米的大型風力發電機的葉片。

充分利用此工藝方法，能夠制造出大型的復合材料制品以滿足社會不斷高漲的需求。

原文發表于
三菱重工科技學報VOL.43 NO.1

原文著者：
新藤 健太郎：三菱重工技術本部長崎研究所材料及焊接研究室
川節 望： 三菱重工技術本部長崎研究所材料及焊接研究室
田北 勝彥： 三菱重工長崎造船所風力發電事業組
加藤 英司： 三菱重工長崎造船所風力發電事業組

原文參考文獻：
（1） 復合材料活用辭典 日本復合材料學會編著 產業調查會出版（2001）
（2） 《風力發電裝置用大型FRP葉片的開發》 川節等著 內容來自123456
（3） 《三菱高性能大型風力發電設備》 藤川卓爾等著
（4） 《使用編織強化基材的樹脂復合材料的強度特性》 新藤健太郎等著

譯者簡介：
徐 濤：華銳風電科技有限公司 項目部長 高級工程師 工學博士
林繼剛：華銳風電科技有限公司 項目部副部長 工程師
劉世毅：華銳風電科技有限公司 項目經理 工程師