碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，具有強抗拉力和可加工性兩大特征。碳纖維拉伸強度一般都在3500MPa以上，是鋼的7-9倍，拉伸模量在200-700GPa，同樣高于鋼，而其密度只有鋼的1/4，比強度是鋼的20倍，所以碳纖維構(gòu)件制品具有強度高、重量輕、模量高、剛度大的特性，具有良好的可塑性。

碳纖維還具有良好的耐疲勞性、耐腐蝕性、X射線穿透性、導電性及導熱性等優(yōu)越的性能。正因為有上述的優(yōu)點，碳纖維及其復合材料中有廣闊的應用前景。

葉片是風力機的關(guān)鍵部件之一， 涉及氣動、復合材料結(jié)構(gòu)、工藝等領(lǐng)域。 葉片的長度和風機的功率成正比，風機功率越大，葉片越長。葉片也是風機中成本最高的部件，占風機成本的20%甚至以上。 風葉類似于航空葉片， 要求提高 “提升比”（ Lift-to-dragratio ），并且其提升特性不易受葉片表面污染和粗糙度影響。 而且葉片要經(jīng)受 20年的應用，以經(jīng)受風力造成的疲勞次數(shù)達 10的8次方（也有以 500 萬次作標準）作標準。

當葉片長度增加時， 質(zhì)量的增加要快于能量的提取，因為質(zhì)量的增加和風葉長度的立方成正比，而風機產(chǎn)生的電能和風葉長度的平方成正比。同時隨著葉片長度的增加，對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。 減輕葉片的質(zhì)量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強。

中復集團的陳虹，詳細研究過碳纖維復合材料應用后，不同長度葉片的輕量化效果和成本情況。

國外專家認為：“由于現(xiàn)有材料不能很好滿足大功率風力發(fā)電裝置的需求，玻璃纖維復合材料性能已經(jīng)趨于極限， 因此，在發(fā)展更大功率風力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)子葉片時，采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。”他們認為當風力機超過3 MW、葉片長度超過40 m時，葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。 事實上，當葉片超過一定尺寸后， 碳纖維葉片反而比玻璃纖維葉片便宜，因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

總結(jié)下來，碳纖維及復合材料在葉片中應用，有以下的優(yōu)點。

碳纖維復合材料用于風機葉片的優(yōu)點

1、重量輕：在滿足剛度和強度要求的條件下，比玻纖葉片輕20%以上

—低負荷

—更輕的變槳軸承、偏航系統(tǒng)、風機輪轂、塔筒

—更易操作，運輸及吊裝

—減少組件大小、重量、成本

2、擾度更小，機翼部分更薄:

—機翼氣動效率更高，提高風能利用率和年發(fā)電量

—動力問題少

—預彎少，垂懸部分小

提高葉片抗疲勞性能，可制造低風速葉片，可制造自適應葉片，利用導電性能避免雷擊，具有振動阻尼特性。

碳纖維的應用優(yōu)勢非常明顯，但早期一直沒能得到很好的推廣，主要是因為碳纖維價格高、制品工藝復雜，收到極大的影響。

維斯塔斯開發(fā)出碳纖維拉擠工藝制作葉片大梁，開發(fā)成功后，開始大規(guī)模推廣，目前該公司兆瓦級以上風機葉片都使用碳纖維復合材料，極大的推動了碳纖維在風電領(lǐng)域的應用，2016年全球碳纖維用量首次超過航空航天，成為碳纖維用量最大的領(lǐng)域，2017年風電使用的碳纖維2萬4千多噸，維斯塔斯一家用量就在2萬噸左右。這個現(xiàn)象不僅引起其他風電企業(yè)的重視，也為碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是碳纖維在工業(yè)領(lǐng)域的應用提供了指導！