復(fù)合材料及其在風(fēng)電葉片行業(yè)應(yīng)用的啟示

吳彥波

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

1 復(fù)合材料與風(fēng)電葉片制造

1.1 復(fù)合材料概述

材料是人類社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的單一材料，如金屬、陶瓷、聚合物等，由于各自固有的局限性已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代科技發(fā)展的需求。

復(fù)合材料是為了滿足高技術(shù)發(fā)展的需求而開發(fā)的高性能的先進(jìn)材料。它由 2種或 2種以上性質(zhì)不同的材料組合而成，各組分之間性能“取長補(bǔ)短”，起到“協(xié)同作用”[1]，可以得到單一材料無法比擬的優(yōu)越的綜合性能，從而極大地滿足人類發(fā)展對新材料的需求，目前已廣泛應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電、航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療、軍工等諸多領(lǐng)域。總而言之，復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)而發(fā)展出來的具有極大生命力的新材料。

1.2 復(fù)合材料在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用

復(fù)合材料風(fēng)電葉片(圖 1)是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，用于捕獲風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化成電能。葉片制造目前主要采用玻璃纖維(或碳纖維)、PVC、輕木、環(huán)氧樹脂等材料復(fù)合而成。將這些材料在模具上預(yù)先按設(shè)計(jì)要求鋪敷，通過真空灌注工藝將樹脂導(dǎo)入，樹脂固化后使之形成一個(gè)新的功能性整體。復(fù)合材料的應(yīng)用既保證了風(fēng)電的強(qiáng)度和剛度，又顯著降低了風(fēng)電重量，可以很好地滿足風(fēng)力發(fā)電裝置的大功率需求[2]。

圖1 復(fù)合材料風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of composite wind turbine blade

2 從專業(yè)理論到工程實(shí)踐

復(fù)合材料專業(yè)知識(shí)在風(fēng)電葉片制造行業(yè)上的應(yīng)用體現(xiàn)了理論與工程實(shí)踐的結(jié)合。理論與實(shí)踐，兩者相互作用，相互影響。這兩者一旦剝離，就會(huì)使成功之路布滿泥濘，更有甚者會(huì)直接遠(yuǎn)離成功。

2.1 學(xué)習(xí)并理解理論知識(shí)

學(xué)習(xí)并理解理論知識(shí)是應(yīng)用的前提條件。書籍是人類進(jìn)步的階梯，是無數(shù)先輩嘔心瀝血的研究成果。通過學(xué)習(xí)能在最短的時(shí)間內(nèi)，理解前人的思想，吸收前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，從而提升認(rèn)知水平。死記硬背只能滿足應(yīng)試需求，并不能在腦海中形成深刻印象，更不能做到學(xué)以致用。學(xué)習(xí)的過程就是深入思考的過程。掌握復(fù)合材料的原理、性能、定律、工藝方法等基礎(chǔ)知識(shí)，在學(xué)習(xí)和探討中加深理解，在理解的基礎(chǔ)上才能談逐步運(yùn)用。因此，學(xué)習(xí)和理解理論知識(shí)是靈活應(yīng)用的先決條件。

2.2 理論指導(dǎo)的重要性

正確應(yīng)用專業(yè)理論知識(shí)是至關(guān)重要的。由于事物之間往往是相互作用、相互影響，且因果交織的，在解決實(shí)際問題的過程中，如果沒有充分了解具體情況，即使運(yùn)用了理論知識(shí)也并不一定能解決問題，反而有可能會(huì)引發(fā)更加嚴(yán)重的后果。比如批量性質(zhì)量事故，給企業(yè)帶來巨額的經(jīng)濟(jì)損失，給個(gè)人的職業(yè)生涯造成不良影響。因此，要在充分調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，正確應(yīng)用理論知識(shí)。

2.3 解決實(shí)際問題

解決問題的過程就是在了解實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，聯(lián)系并運(yùn)用相關(guān)理論、原理改變結(jié)果的過程。在葉片制造的過程中往往會(huì)遇到各種各樣的工藝問題、質(zhì)量問題。從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測生產(chǎn)六要素出發(fā)，深入調(diào)查并分析問題的原因。在對問題層層剖析后，找到關(guān)鍵癥結(jié)，從根本原因出發(fā)結(jié)合理論知識(shí)，采用專業(yè)技能有效解決該問題。

例如，葉片在固化成型后出現(xiàn)了白斑質(zhì)量問題，需要深入現(xiàn)場調(diào)查，分析白斑形成的根本原因。如果是因?yàn)槟＞邷囟冗^高造成，可以結(jié)合復(fù)合材料成型工藝的要求，調(diào)整模具的加熱溫度；如果是因?yàn)楣嘧⑾到y(tǒng)輔材布置存在偏差，可以結(jié)合復(fù)合材料理論中的達(dá)西定律進(jìn)行分析，調(diào)整灌注輔材布置。通過試驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)期與實(shí)際的吻合性，從而加深對理論知識(shí)的吸收，提升靈活運(yùn)用能力。

2.4 在實(shí)踐中培養(yǎng)興趣

興趣是最好的老師。如果說不斷地運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)解決問題是實(shí)踐型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵過程，那興趣就是激發(fā)人們前進(jìn)的不竭動(dòng)力和源泉。在解決實(shí)際問題的過程中，要有意識(shí)地養(yǎng)成運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的習(xí)慣。通過理論知識(shí)在實(shí)踐中的點(diǎn)滴應(yīng)用，在解決一個(gè)又一個(gè)小問題的同時(shí)，提升工程人員的自信心，收獲成就感，從而進(jìn)一步激發(fā)其學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)的興趣和熱情。

2.5 總結(jié)和提升

吸取成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，通過總結(jié)實(shí)現(xiàn)自我提升。書籍是前人總結(jié)的成果，運(yùn)用知識(shí)解決問題的過程就是將別人的知識(shí)轉(zhuǎn)化并吸收成自己知識(shí)的過程。但事后要學(xué)會(huì)總結(jié)和歸檔，將零散的知識(shí)構(gòu)建成自我完整的知識(shí)體系。不論成功和失敗都要進(jìn)行總結(jié)。如果失敗了或出現(xiàn)問題了，要分析問題到底出在哪里，下次是否能避免；如果成功了，也要總結(jié)是如何成功的，這種成功能否復(fù)制。在反思和總結(jié)中不斷提升個(gè)人的認(rèn)知水平和精神境界，從而提升個(gè)人在工作中的核心競爭力。

3 開拓創(chuàng)新之路

3.1 推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合

推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度融合的校企協(xié)同育人模式[3]。高校是培養(yǎng)人才的育人之所，企業(yè)則是吸收人才的用武之地，將兩者真正的結(jié)合起來，便能夠達(dá)到相輔相成的效果。比如可以在某高校的復(fù)合材料專業(yè)學(xué)生與葉片制造企業(yè)之間開展此類育人培養(yǎng)模式。學(xué)生通過企業(yè)的實(shí)踐平臺(tái)，驗(yàn)證科研成果，并服務(wù)于企業(yè)，取得社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；企業(yè)利用理論知識(shí)對生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，得到社會(huì)資源和利益，利用這些資源，可以用于高校更好的建設(shè)、人才更好的培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)雙贏。學(xué)生經(jīng)過高校的專業(yè)理論知識(shí)教育，又得到企業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的工程鍛煉，將會(huì)顯著提高專業(yè)技能水平，激發(fā)創(chuàng)新思維。

3.2 技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新

鼓勵(lì)企業(yè)成立項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，解決企業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的雙贏。通過技術(shù)攻關(guān)解決行業(yè)難題的案例不在少數(shù)。比如某款 10MW 級海上葉片，采用了全碳纖維主梁帽結(jié)構(gòu)，是世界上最寬的碳纖葉片主梁帽，其成型難度極大，工藝上極具挑戰(zhàn)性。盡管研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)失敗的挫折，但整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)并沒有氣餒，對工藝方法不斷地優(yōu)化和創(chuàng)新，經(jīng)過攻關(guān)最終掌握了核心技術(shù)。通過此項(xiàng)新技術(shù)開發(fā)出的10MW級葉片更是一舉刷新了亞洲第一、世界第二大功率單體葉片制造的記錄。企業(yè)不僅得到了長遠(yuǎn)發(fā)展，還培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的創(chuàng)新型人才。因此，技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的源動(dòng)力。

4 展 望

復(fù)合材料專業(yè)與葉片制造行業(yè)密不可分，專業(yè)的知識(shí)和高新成果是企業(yè)不斷成長的動(dòng)力和源泉。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研深度融合、勇于開拓創(chuàng)新等一些列舉措，培養(yǎng)企業(yè)所需的實(shí)踐型人才。隨著不斷的開拓和創(chuàng)新，復(fù)合材料與工程專業(yè)在風(fēng)電葉片制造領(lǐng)域必將有更遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。