隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重,以及公眾對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境要求的呼聲日益高漲,風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源日益受到重視。世界各國(guó)在風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用方面投資的持續(xù)增長(zhǎng),導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造業(yè)成為許多國(guó)家最熱門的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域,相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模獲得急劇擴(kuò)大[1]。風(fēng)力發(fā)電葉片作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件之一,其好壞直接影響到風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換風(fēng)能的效率,因此業(yè)內(nèi)對(duì)于葉片材料的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。環(huán)氧樹(shù)脂是葉片的重要材料之一,國(guó)內(nèi)葉片廠家長(zhǎng)期以來(lái)均依靠進(jìn)口,不僅價(jià)格居高不下,葉片制造成本偏高,很大程度上制約了我國(guó)風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展。

普通的環(huán)氧樹(shù)脂黏度大,直接應(yīng)用于風(fēng)電葉片層合板制作的話,不僅滲透困難、注射壓力高、充模時(shí)間長(zhǎng),而且樹(shù)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(tuán)的環(huán)氧稀釋劑或者非反應(yīng)型稀釋劑來(lái)降低環(huán)氧樹(shù)脂的黏度,但是經(jīng)過(guò)稀釋后的環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能以及熱性能明顯降低[3-4]。為了保持環(huán)氧樹(shù)脂所固有的優(yōu)良性能的同時(shí),降低黏度,使其適應(yīng)風(fēng)力發(fā)電葉片制作工藝的要求,需要研制一種環(huán)氧樹(shù)脂,其低黏度以及優(yōu)良的力學(xué)性能,可以滿足風(fēng)電葉片生產(chǎn)工藝的要求。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1·1　材料

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

 1·2　方法

環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄體制備:按照比例配置好的環(huán)氧樹(shù)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(yù)定溫度固化8h,然后自然冷卻脫模,供性能測(cè)試使用。

1·3　儀器以及測(cè)試方法

彎曲、沖擊性能采用GB/T 2570-1995在GOPOINT-TS2000S萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試;黏度在SNB-1數(shù)字旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)上依據(jù)GB 10247-88測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1　樹(shù)脂與固化劑配比對(duì)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(duì)于澆鑄體拉伸性能以及斷裂伸長(zhǎng)率的影響,由表1可知,固化劑含量由23%增加到25%時(shí),澆鑄體樣條的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最高值63·9MPa,拉伸模量也達(dá)到最大值2880MPa;含量達(dá)到28%時(shí),拉伸強(qiáng)度、拉伸模量反而下降。其原因可能是固化劑含量少,會(huì)使得澆鑄體系反應(yīng)速度變慢,在同樣的固化速度下固化不完全,仍有未反應(yīng)的原料在室溫下緩慢反應(yīng),從而影響其力學(xué)性能;而固化劑過(guò)多,使得固化反應(yīng)速度過(guò)快,分子鏈未得到充分舒展便已經(jīng)發(fā)生反應(yīng)成為交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),降低了澆鑄體的韌性。考慮到固化劑的用量不僅僅影響力學(xué)性能,而且也會(huì)決定樹(shù)脂體系的適用期,因此獲得較佳綜合性能的固化劑含量應(yīng)為25%。

2.2　活性稀釋劑的用量對(duì)體系拉伸性能的影響

隨著稀釋劑用量的增加,環(huán)氧樹(shù)脂體系中環(huán)氧基團(tuán)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(dá)到最優(yōu)。將優(yōu)化過(guò)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(duì)其拉伸性能進(jìn)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(dāng)活性稀釋劑與環(huán)氧樹(shù)脂比例達(dá)到20∶100時(shí),拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到最高。(見(jiàn)圖1)其原因可能在于適量加入這種帶有反應(yīng)基團(tuán)的稀釋劑,降低了體系黏度,可以使得樹(shù)脂與固化劑分子之間充分接觸,有利于分子鏈運(yùn)動(dòng)形成鏈狀或者三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),一定程度上改善了環(huán)氧樹(shù)脂的韌性;但是稀釋劑含量過(guò)多,也會(huì)使得體系交聯(lián)密度降低,導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度反而有所下降。

2.3　活性稀釋劑的用量對(duì)體系黏度的影響

雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂25℃時(shí)的黏度在8000mPa·s以上,如此高黏度的樹(shù)脂直接用于風(fēng)力發(fā)電葉片的制作,不僅體系流動(dòng)速度慢,而且樹(shù)脂體系對(duì)復(fù)合材料的浸潤(rùn)能力太低,容易產(chǎn)生氣泡,因此需要加入適量的活性稀釋劑來(lái)降低體系的黏度。

如表2所示,純環(huán)氧樹(shù)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(shù)脂體系的力學(xué)性能,確定稀釋劑與環(huán)氧樹(shù)脂的配比為20∶100。

3　結(jié)論

研究了雙酚A型環(huán)氧樹(shù)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(duì)產(chǎn)物力學(xué)性能影響較小的性能優(yōu)異的活性稀釋劑,當(dāng)這種稀釋劑與E51型環(huán)氧樹(shù)脂CYD128及固化劑的配比為20∶100∶40時(shí),性能達(dá)到最佳拉伸強(qiáng)度為63·9MPa,拉伸模量為2880MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為7·0%,25℃時(shí)體系黏度為171mPa·s,可望用于風(fēng)電葉片的制作。