隨著世界能源危機的日益嚴重,以及公眾對于改善生態(tài)環(huán)境要求的呼聲日益高漲,風能作為一種清潔的可再生能源日益受到重視。世界各國在風能開發(fā)利用方面投資的持續(xù)增長,導致風力發(fā)電設備制造業(yè)成為許多國家最熱門的經濟領域,相應的市場規(guī)模獲得急劇擴大[1]。風力發(fā)電葉片作為風電機組的核心部件之一,其好壞直接影響到風力發(fā)電機轉換風能的效率,因此業(yè)內對于葉片材料的性能要求越來越嚴格。環(huán)氧樹脂是葉片的重要材料之一,國內葉片廠家長期以來均依靠進口,不僅價格居高不下,葉片制造成本偏高,很大程度上制約了我國風電行業(yè)的發(fā)展。

普通的環(huán)氧樹脂黏度大,直接應用于風電葉片層合板制作的話,不僅滲透困難、注射壓力高、充模時間長,而且樹脂中夾帶的氣泡不易除盡。目前業(yè)界普遍采用的是使用單官能團的環(huán)氧稀釋劑或者非反應型稀釋劑來降低環(huán)氧樹脂的黏度,但是經過稀釋后的環(huán)氧樹脂力學性能以及熱性能明顯降低[3-4]。為了保持環(huán)氧樹脂所固有的優(yōu)良性能的同時,降低黏度,使其適應風力發(fā)電葉片制作工藝的要求,需要研制一種環(huán)氧樹脂,其低黏度以及優(yōu)良的力學性能,可以滿足風電葉片生產工藝的要求。

1　實驗部分

1·1　材料

A組分:E51型環(huán)氧樹脂,岳化生產; B組分:1,4-丁二醇二縮水甘油醚,安徽恒遠化工有限公司生產;C組分:胺類固化劑,自制,胺值498。

 1·2　方法

環(huán)氧樹脂澆鑄體制備:按照比例配置好的環(huán)氧樹脂體系攪拌均勻后室溫脫泡,澆入模具中,待穩(wěn)定后升溫至預定溫度固化8h,然后自然冷卻脫模,供性能測試使用。

1·3　儀器以及測試方法

彎曲、沖擊性能采用GB/T 2570-1995在GOPOINT-TS2000S萬能實驗機測試;黏度在SNB-1數字旋轉黏度計上依據GB 10247-88測試。

2　結果與討論

2.1　樹脂與固化劑配比對體系拉伸性能的影響

以B∶A為20∶100為例,探討固化劑的用量對于澆鑄體拉伸性能以及斷裂伸長率的影響,由表1可知,固化劑含量由23%增加到25%時,澆鑄體樣條的拉伸強度達到最高值63·9MPa,拉伸模量也達到最大值2880MPa;含量達到28%時,拉伸強度、拉伸模量反而下降。其原因可能是固化劑含量少,會使得澆鑄體系反應速度變慢,在同樣的固化速度下固化不完全,仍有未反應的原料在室溫下緩慢反應,從而影響其力學性能;而固化劑過多,使得固化反應速度過快,分子鏈未得到充分舒展便已經發(fā)生反應成為交聯網狀結構,降低了澆鑄體的韌性?？紤]到固化劑的用量不僅僅影響力學性能,而且也會決定樹脂體系的適用期,因此獲得較佳綜合性能的固化劑含量應為25%。

2.2　活性稀釋劑的用量對體系拉伸性能的影響

隨著稀釋劑用量的增加,環(huán)氧樹脂體系中環(huán)氧基團的含量也在同步增加,所需固化劑的量隨之增大,以便在不同稀釋劑用量下仍能使環(huán)氧體系性能達到最優(yōu)。將優(yōu)化過的固化劑與1,4-丁二醇二縮水甘油醚、CYD128按照比例混合后,真空脫泡并于80℃下固化8h,對其拉伸性能進行考察,可以看出,增加1,4-丁二醇二縮水甘油醚的量,體系拉伸性能隨之提高;當活性稀釋劑與環(huán)氧樹脂比例達到20∶100時,拉伸強度與斷裂伸長率達到最高。(見圖1)其原因可能在于適量加入這種帶有反應基團的稀釋劑,降低了體系黏度,可以使得樹脂與固化劑分子之間充分接觸,有利于分子鏈運動形成鏈狀或者三維網狀結構,一定程度上改善了環(huán)氧樹脂的韌性;但是稀釋劑含量過多,也會使得體系交聯密度降低,導致拉伸強度反而有所下降。

2.3　活性稀釋劑的用量對體系黏度的影響

雙酚A型環(huán)氧樹脂25℃時的黏度在8000mPa·s以上,如此高黏度的樹脂直接用于風力發(fā)電葉片的制作,不僅體系流動速度慢,而且樹脂體系對復合材料的浸潤能力太低,容易產生氣泡,因此需要加入適量的活性稀釋劑來降低體系的黏度。

如表2所示,純環(huán)氧樹脂固化體系的黏度為419mPa·s,按照20∶100比例加入稀釋劑,則固化體系的黏度可以降低至171mPa·s,考慮到需要盡量保持環(huán)氧樹脂體系的力學性能,確定稀釋劑與環(huán)氧樹脂的配比為20∶100。

3　結論

研究了雙酚A型環(huán)氧樹脂體系,所使用的1,4-丁二醇二縮水甘油醚是一種稀釋效果良好、對產物力學性能影響較小的性能優(yōu)異的活性稀釋劑,當這種稀釋劑與E51型環(huán)氧樹脂CYD128及固化劑的配比為20∶100∶40時,性能達到最佳拉伸強度為63·9MPa,拉伸模量為2880MPa,斷裂伸長率為7·0%,25℃時體系黏度為171mPa·s,可望用于風電葉片的制作。