伴随着风电产业的崛起，风力发电机的高度由最初的二十多米迅速上升到了近两百米。距离地面越高，风速越大，这样一只“人造巨兽”自然就可以发出更多的电，但与此同时，它也要经受更强风力的考验。在绝大多数人的印象里，庞大机械体的外层往往被钢铁所包裹，例如坦克、战舰、飞船以及合金战甲等。不过，风力发电机可能有些特殊——它的身躯并非完全由坚固的金属构成。要想知道其中缘由，还得先从复合材料说起。电影《环太平洋》中的机甲猎人（图片来源：电影《环太平洋》）1+12的复合材料由不同类型材料组成的复合材料可以实现1+1大于2的目标。昆虫和鸟类早就明白了这个道理，例如燕子巢穴的组成材料除了泥土，往往还夹杂有甘草、碎木片等。在日常活动中，远古时期的人类也逐渐认识到材料的互补效应。例如，古埃及人的金字塔就是由石灰、火山灰等作为粘合剂，混和砂石等作为砌料修建而成的。早在公元前年，我国便已经出现了使用混合草茎的粘土建造的土坯房。科学技术的发展拉开了利用现代复合材料的序幕。上世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂实现了大量商品化生产，凭借其显著的性能优势，玻璃纤维增强材料（俗称玻璃钢）广泛应用于运载火箭外壳、汽车车身、飞机机翼等产品上。复合材料具有质量轻、强度高、韧度高、耐疲劳等优良的力学性能，这也使其成为了风电叶片材料的不二之选。由复合材料制造的航空飞机（图片来源：Vetrotextextiles）风力发电机的叶片是前端核心部件。风电机组大型化的
发展趋势促使着叶片尺寸不断攀升，为保证叶片的结构可靠性和安全性，研发轻量化叶片是最直接有效的方案。虽然远远看过去，叶片似乎就是一根细长的棍子。但事实上，它外表的曲面造型极其复杂，为了捕获更多的风能，它利用了与飞机机翼相似的空气动力学原理。风电叶片的材料组成结构（图片来源：sinopro-group，汉化：作者）在旋转过程中，叶片会持续受到气动力和自身重力的作用。在持续波动的载荷面前，金属材料往往容易因疲劳而“累坏”。这是因为，在受到反复变化的外力作用时，其机械强度会急剧下降。例如，当我们直接拉一根铁丝时，往往难以将其拉断，但反复弯折几次之后，就可以很容易地将其折断。这一特性也使金属难以满足叶片设计使用寿命的要求。虽然历史上也曾出现过铝合金材质的叶片，但很快便完全被纤维复合材料所替代。纤维复合材料一般以“三明治”层合板结构为主，在实现轻量化目标的同时，可以将结构性能发挥到极致。当前的大型风电叶片主要是以玻璃纤维（碳纤维）和环氧树脂为代表的增强材料、夹层中间的芯材以及粘接胶构成。虽然芯材的厚度大且位于层合板的中间位置，但与两侧的蒙皮纤维相比，它对结构力学性能提升的贡献却微乎其微，所涉及结构设计也相对简单。但芯材却可以极大程度上保证层合板的稳定性，在这个角度上，它又是不可或缺的。三明治（图片来源：EverydayHealth）复合材料“三明治”夹层结构（图片来源：ResearchGate）运输过程中的风电叶片（图片来源：gizmodo.
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