风电业起步较晚，再有FRP叶片的有效服务期为20～25年。因此，目前绝大部分叶片离退役还早。然而，未雨绸谋，一些发达国家眼下就进行了许多关于FRP叶片的材料回收与更新的研究、探讨。实践说明，回收纤维不应再充当叶片的增强纤维，因为后者的性能要求极高、苛刻。报废FRP叶片大致分为两大类：①叶片生产、运输、仓贮、运行过程中产生，又修复不好的次品；②到期退役的叶片。目前，世界范围内废FRP叶片的量还很小，例如：目前丹麦每年废FRP叶片仅500t/a [注]，可见一般([注：] 目前丹麦每年废FRP总量约5 000t/a，其中来自FRP行业报废的4 000t/a、废FRP叶片500t/a、废玻纤500t/a。)！显然，目前FRP叶片市场尚处于孕育、培养过程中；也没有适用于全欧洲的有关回收FRP叶片的法律。有专家预测：15～20年后将出现FRP叶片报废、回收高峰期。

 

    6.2 FRP叶片回收工艺

 

    FRP叶片回收工艺大致有三种：填埋法、焚化法和回收法。

 

    6.2.1 填埋法

 

    直接把废FRP叶片埋到地下。简单易行，成本极低，但占据地盘(土地不可再生)，污染源依然如故，只不过被一层薄土掩盖住了而已。因此2005年6月德国颁布了禁止填埋FRP的法令。当今丹麦大部分废FRP叶片都填埋掉。1995年丹麦通过了禁止填埋、丢弃汽车轮胎的法律，于是回收废轮胎行业应运而生。该国人民呼吁将该法律套用到废FRP上，但政府却答复：这难题让市场去解决吧!

 

    6.2.2 焚化法

 

    把废FRP叶片焚烧掉(如：在热电厂焚烧)。所产可燃物质可用于发电和回收热能，产的残渣率约60%，残渣中的玻纤可作FRP填料。

 

    6.2.3 回收法

 

    回收法可分为物理回收和化学回收。

 

    (1)物理回收

 

    2003～2005年欧洲有的研究单位进行了机械回收FRP(包括FRP叶片)研究：把FRP研磨碎，回收纤维被再利用。丹麦Erik Grove-Nielsen公司机械回收FRP：挤压废FRP，回收纤维的拉伸强度不会降低。

 

    REACT国际协会设计、研制能加工出理想规格纤维的(fit-for-purpose-size-reduction)混杂纤维梳散机(a hybrid shredder),其产量约2.5t/d。其原理、工序是：①用锤猛击废FRP，使树脂与纤维剥离，确保纤维(指回收纤维，下同)长15～25mm，且内伤最小(“minimal internal damage”)；②纤维再生工艺(a reactivation)：用新化学粘结剂处理纤维表面，从而提高它与新基材的粘结性能；③清除纤维表面的杂质(杂质会降低纤维与基材的粘结性)；④纤维按长度分等级。

 

    (2)化学回收

 

    化学回收有溶剂溶解工艺和高温分解工艺等。下面试举后者的一个实例。

 

    丹麦ReFiber公司的高温分解与气化工艺(pyrolysis and gasification)：将废FRP连续喂入无氧回转焚化炉(oxygen-free rotating oven)，废FRP在无氧气氛中高温(500℃)焚化后，所产合成煤气(synthetic gas, 废FRP里树脂焚化产物)用于发电或供应焚化炉；回收GF与少量PP纤维混合后喂入加热炉，PP纤维熔化并涂敷GF表面，成为稳定的保温板坯(stable insulation slab)。另外，利用高温分解工艺，从CF/环氧预浸料回收的CF，与原始值相比，其弹性模量不变，最大拉伸强度下降5%。[6]

 

    6.3 FRP叶片的材料更新近况

 

    一般地说，FRP叶片污染环境的解决办法就是：材料更新换代——用热塑性树脂取代传统的热固性树脂来加工叶片。“热塑性树脂及其复合材料(FRTP)可以回收且轻(跟环氧树脂相比)，但易发生蠕变，用胶粘剂胶结FRTP壳体比较困难。因此，不适于加工大型风电机叶片。”[2]实践说明，用普通FRTP加工小功率(如：5KW)叶片，可以胜任；但加工更大功率(如：MW级)的叶片就成问题——这就必须选用高性能FRTP加工。这也就是说，传统FRP叶片材料的更新换代，必须进行一系列科学实验、研究——系统工程，方能成功。下面试举实例：例一：“Gaoth Teo、三菱重工和Cyclics公司合作，选用CBT?树脂(低粘度工程热塑性树脂)、无害环氧树脂和一种增强型添加剂等，破天荒地研制成可回收[注]、长12.6m风力机叶片。([注]：平均每台风力机回收叶片材料19t)”[2]例二：瑞典利用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)做叶片芯材。PET可回收，而且回收料的性能、强度如初。例三：Risoe DTU公司宣布：帮助中国林业部门利用竹纤维(bamboo shreds)/环氧树脂试制叶片。后来，因环氧树脂不可回收，又希望进一步用生物粘结剂(bio-based adhesive)取代上述环氧树脂。[6]

 

 

    抛砖引玉，综上所述可粗浅地得出以下几点管见：

 

    (1)风力机叶片在野外长年累月运转，不仅承受着强大的风载荷，还经受着大气冲刷、砂石粒子冲击、强烈的紫外线照射等恶劣环境侵蚀，从而导致老化、折断、分离以致破坏、报废。作为受力构件，在整个有效使用期(一般使用寿命为20～25年)内，不允许出现折断、分离严重质量事故。[19] 风力机叶片业界科技人员的责任就是：明察秋毫、防微杜渐、确保杜绝上述事故的发生。上述S88牌风力机叶片召回事件，其数量之大、情节之严重、损失之惨重，实属世界风电叶片发展史罕见！前车覆，后车诫！

 

    (2)科技发展具有其固有的客观发展规律，同时人的主观能动性能也促进科技的发展进程。风力机叶片自修复技术、材料实属新颖、前沿科技。目前，我国风电叶片业正处于消化、研制的历史阶段，自顾不暇，尚未迈入叶片自修复历史进程的门槛。见先进就学。因此，我国有必要对此予以特别关注、学习、研究，以求快速追赶该领域的先进水平。

 

    (3)目前，我国大型风力机叶片的主要原材料(包括环氧树脂—笔者注)还依赖进口，材料的开发能力较低，不适应发展要求，阻碍叶片的快速发展，亟待突破这一瓶颈。[19]

 

    (4)从环保、长远观点看，热固性树脂、FRP的发展前景黯淡，纯属“夕阳材料”；惟有热塑性树脂、FRTP才是发展方向！上面§6介绍了国外回收FRP叶片近况。相比之下我国在这方面的差距很大。风电业突飞猛进，时不我待，是时候了，我国该把“FRP叶片回收课题”和“FRTP叶片研制课题”提到议事日程上了!

 

【参考文献】

 

[1] REpower 向RWE Innogy供应海上风电机，玻璃钢信息要闻2009(3)2

 

[2] 谢晓芳等：国外风力机叶片材料的新进展，玻璃钢2006(4)21-25

 

[3] 吕琴：中国复合材料行业2008年经济运行情况，纤维复合材料2008(4)4-6

 

[4] Indian composites industry makes progress, Reinforced Plastics 2008(4)26-31

 

[5] 李丽娟等，2007-2008年国外环氧树脂工业发展，热固性树脂2009(1)49-57

 

[6] Recycling wind; Reinforced Plastics 2009(1/2)20-25

 

[7] Mold release system for wind blades, Plastics Technology 2008(4)28

 

[8] Suppliers focus on improving productivity of blade producers, Reinforced Plastics2008(5)34-37

 

[9] Bright future for vinyl ester resins in corrosion applications; Reinforced Plastics 2009(5)34-37

 

[10] 钱伯章：新能源材料研发在加速，玻璃钢信息要闻2009(1)2

 

[11] 史兴华：创新的高性能解决方案，玻璃钢信息要闻2009(1)2

 

[12] 危丽琼：风机叶片骨架芯材有了“中国制造”，玻璃钢信息要闻2009(4)2-3

 

[13] Alcan opens Chinese core materials centre, Reinforced Plastics 2008(5)16

 

[14] Adhesives for bonding wind turbine blades; Reinforced Plastics 2009(1/2)26-29

 

[15] Advanced materials for turbine blade manufacture, Reinforced Plastics 2007(4)22-24

 

[16] 王工：新型纳米技术胶粘剂，玻璃钢信息要闻2009(6)3-4

 

[17] 钱伯章：碳纤维增强塑料加工可用微波技术，玻璃钢信息要闻2009(5)4

 

[18] 毛彭龄：高性能复合材料制造新工艺，玻璃钢2009(2)46

 

[19] 罗慧敏等，我国大型风力发电叶片产业的现状分析，玻璃钢2008(4)1-5

 

[20] Self-repairing aircraft, Reinforced Plastics 2008(6)8

 

[21] Blade repair range and user-guide, Reinforced Plastics 2008(7/8)18

 

[22] Suzlon starts blade retrofit for S88 turbines, Reinforced Plastics 2008(5)17

 

[23] 史兴华，纳米改性模具预浸料，玻璃钢2008(4)17

 

[24] 王工：新型低粘度环氧胶粘剂/积层树脂，玻璃钢信息要闻2009(5)3

 

[25] 春胜利：兆瓦级风力发电机复合材料机舱罩的研制，玻璃钢2007(2)10-13

 

[26] 周祝林等：3D夹层结构复合材料风电用机舱罩设计计算，玻璃钢2009(2)1-8

 

[27] SAMPE分会：纳米碳管/环氧复材性能研究，玻璃钢2008(1)43-34

 

[28] 代永朝：飞机微波固化粘接修补技术试验研究，粘接2008(6)38-41