随着全球风电装机容量的快速增长，退役风力涡轮机叶片的环境处置问题日益凸显。这些叶片主要由玻璃纤维增强聚合物（GFRP, Glass Fiber-Reinforced Polymer）组成，传统填埋或焚烧方法不仅浪费资源，还造成污染。同时，木塑复合材料（WPC, Wood-Plastic Composites）作为一种环保材料，在建筑和工业领域应用广泛，但面临力学性能和功能性的提升挑战。
近日，北京林业大学刘红光团队利用退役风电叶片回收的GFRP粉末作为增强相，通过压缩模塑工艺制备高性能GFRP增强WPC（GFRP-WPC）。文章发表于国际知名期刊《Polymer Composites》。论文标题为“Preparation of High-Strength, Multifunctional Wood-Plastic Composites Using Recycled GFRP From Decommissioned Wind Turbine Blades”
该研究以回收风电叶片处理残渣中的GFRP粉末为主要增强材料，结合杨木粉（WF, Wood Flour）和聚丙烯（PP, Polypropylene），采用压缩模塑工艺制备GFRP-WPC。正交实验优化配方，重点探讨了GFRP添加量（0-30wt%）和木粉添加量（10-30wt%）对复合材料力学性能的影响。通过系统性测试，验证了材料在拉伸、弯曲、冲击等力学性能上的提升，并分析了阻燃性、疏水性和UV抗性等功能改进。
原理与思路
研究团队通过阶梯式回收工艺处理退役叶片，获取不同粒径的GFRP粉末（L-GFRP、M-GFRP、S-GFRP）。材料设计灵感源于资源循环利用，GFRP粉末中的玻璃纤维和环氧树脂作为增强相，与PP基体形成协同效应。正交实验（L9(3)设计）筛选关键因素：木粉添加量、GFRP添加量和粒径。结果表明，木粉添加量对力学性能影响最显著，而GFRP添加量优化后可大幅提升界面结合强度。
图1 GFRP粉末的微观结构和成分，证实其作为增强相的可行性。玻璃纤维（占无机成分65.99%-76.97%）提供刚性支撑，环氧树脂改善界面相容性。
力学性能优化
通过单向梯度实验，确定最优配方为10wt%木粉和15wt% GFRP（L-GFRP）。相比未增强WPC（GFRP0），GFRP15的力学性能全面提升：拉伸强度提升71.87%（从12.55 MPa增至21.57 MPa），拉伸模量提升38.85%（从2579.31 MPa增至3581.39 MPa），冲击强度提升94.88%（从6.44 kJ/m²增至12.55 kJ/m²）。弯曲强度和硬度也分别增长2.96%和1.96%。这些改进源于玻璃纤维的应力传递和裂纹抑制机制：SEM显示纤维均匀分散于PP基体，形成有效界面锚定；过量添加（如30wt%）则导致纤维团聚，降低性能。
图2 GFRP添加量（0-30wt%）对关键力学指标的影响。GFRP15配方在拉伸、弯曲和冲击性能上达到最优平衡，符合建筑模板国标要求（如弯曲强度>35 MPa）。
图3 SEM分析揭示界面机制，GFRP15中玻璃纤维被PP基体有效包覆，增强应力传递；团聚缺陷导致GFRP30性能下降。
除了力学增强，GFRP-WPC在阻燃性、疏水性和UV抗性上表现突出：
阻燃性：锥形量热测试显示，GFRP15的峰值热释放率（pHRR）降低23.09%，总热释放（THR）减少17.29%。极限氧指数（LOI）从18.4增至23.2，提升26.09%。残渣分析表明，玻璃纤维形成炭层屏障，抑制热降解。
图4 残渣表征揭示阻燃机制：玻璃纤维的物理屏障和炭层结构有效抑制燃烧，提升复合材料安全性。
疏水性：水接触角从91.88°增至99.84%，表面自由能降低，极性组分减少，提升户外防潮性。
UV抗性：480小时加速老化后，GFRP15的色差（ΔE）和力学衰减率显著低于对照组，弯曲强度保留率提高12.31%。
图5 UV老化，结果显示GFRP-WPC的优异耐久性：颜色变化小，力学保留率高，适用于户外场景如建筑模板。
该研究成功利用退役风电叶片回收的GFRP粉末，开发出高性能GFRP增强木塑复合材料。通过配方优化，材料在10wt%木粉和15wt% GFRP下实现力学性能的全面提升，包括71.87%的拉伸强度增益和94.88%的冲击强度增益。同时，材料展现优异阻燃性、疏水性和UV稳定性，为风电叶片垃圾的资源化利用提供了高效路径，并在建筑模板、物流托盘等力学敏感场景中具有广阔应用前景。这一工作推动了复合材料在循环经济和力学设计领域的创新。
原始文献：
A. Li, H. Zhang, H. Zhang, et al., “Preparation of High‐Strength, Multifunctional Wood‐Plastic Composites Using Recycled GFRP From Decommissioned Wind Turbine Blades,” Polymer Composites (2025): 1–17
原文链接：
https:///10.1002/pc.70051