CN101735568A - 风力发电机叶片用环氧树脂组成物 - Google Patents

风力发电机叶片用环氧树脂组成物 Download PDF

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Abstract

风力发电机叶片用环氧树脂组成物组成包括由双酚A型环氧树脂60～80重量％，三缩水甘油基-对-氨基苯酚(AFG-90)三官能环氧30～1重量％和4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)10～5重量％组成的环氧树脂混合物100重量份，稀释剂多元醇缩水甘油醚20～40重量份和脂肪胺化合物和脂环胺化合物的混合固化剂20～30重量份，该组成物以6.7～13.3kPa压力注入预热40～60℃密闭叶片模具中，模具预设有30～60重量％纤维增强剂，组成物充满模腔后，分别在70℃和90℃固化4～5小时、冷却到室温得到风力发电机叶片。

Description

风力发电机叶片用环氧树脂组成物
一.技术领域
本发明涉及风力发电机叶片用环氧树脂组成物，更确切地说涉及风力发电机叶片用双酚A型环氧树脂为主体的环氧树脂组成物及其由真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)风力发电机叶片的过程。
二.背景技术
风力发电是提供清洁能源的好方法，是环境友好型发电之一，尤其在缺水、缺煤和石油的地区就可大显身手。我国风力发电发展迅速、很多地方已实现了工业化，目前正在进行1.5兆瓦发电机组的风力发电的工业开发。普遍采用三叶片式发电机发电。
叶片是风力发电系统的关键部件。直接影响整个系统的性能，要具有长期在户外使用的耐候性能，而且价格要适中。叶片设计和制造质量水平是十分重要的，人们往往把它视为风力发动系统的关键技术水平代表。这样，叶片组成之基体树脂和增强剂显得十分重要。
树脂传递模塑(RTM)主要工艺描述如下：首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成形体，采用注射设备让低粘度树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动流畅并排除模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具具有加热系统可进行热固化形成复合材料结构。为了提高树脂浸透纤维能力，采用真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)。
VARTM工艺利用树脂环境和复合材料纤维增强剂环境内的压力差，把树脂浸渍到连续纤维或织物上。通常纤维置于不透气空气的袋内，盛有树脂的容器由分配管利用真空压力把树脂送入排气袋中遍及全部纤维剂中。因受热反应而固化成产品。
VARTM工艺要求环氧树脂粘度非常低，挥发份小，而且要求制品韧度好。采用VARTM所加工的复合材料制品可用于航空航天、防腐制品。玻璃钢模具、运动器材和风力发电机叶片等。
单独双酚A型环氧树脂显脆性、且粘度高。有必要对它进行改性，提高风力发电机叶片用低粘度，韧性高，适用期长的环氧树脂组成物，提供真空辅助树脂传递模塑成型制风力发电机叶片用环氧树脂组成物，这就是目前的一大研究课题。
三.发明内容
为了适应兆瓦级风力发电机用低粘度、高韧性环氧树脂组成物的要求；为了满足兆瓦级风力发电机叶片制备工艺所需的低粘度，高韧性、适宜固化速度的环氧树脂组成物复合材料的要求。本发明者们作了潜心的研究。提出了完整的技术方案。
风力发电机叶片用环氧树脂组成物，组成包括：环氧树脂混合物100重量份，所述的环氧树脂混合物中环氧当量为180～240g/eq的双酚A型环氧树脂占60～80重量％，环氧当量为104g/eq的三缩水甘油基-对-氨基苯酚(商品名AFG-90)占30～1重量％，环氧当量为118g/eq的4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(商品名TDE-85)10～5重量％；重量比为60～80％/40～20％的脂肪胺化合物/脂环胺化合物的混合固化剂20～30重量份和乙二醇缩水甘油醚稀释剂20～40重量份；环氧树脂组成物以6.7～13.3KPa压力注入预热40～60℃密闭叶片模具中，此时，环氧树脂组分物粘度为800～1500CPs，叶片模具中预设了纤维增强剂，纤维增强剂的用量为环氧树脂组成物重量的30～60％，环氧树脂组成物充满模腔后，升温至70℃维持4～5小时，再升温至90℃固化4～5小时、冷却到室温得到风力发电机叶片。4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)和三缩水甘油基-对-氨基苯酚(商品名AFG-90)作为三官能团环氧能够赋予环氧树脂固化物优良的施工性和适当的耐热性。
本发明采用的多元醇缩水甘油醚作为双酚A型环氧树脂的稀释剂，具体应用乙二醇缩水甘油醚可降低环氧树脂的粘度，它同时参加反应，赋予良好的施工性，延长环氧树脂组成物的适用期。由于上述原因，本发明不采用丙烯酸酯类稀释剂。
在脂肪族胺化合物/脂环胺化合物混合固化剂中，脂肪族胺化合物是从二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、3-(二甲氨基)丙基胺、3-(二乙氨基)丙基胺、三-(2-氨乙基)胺、四甲基乙烯二胺、乙烯二胺、3，3’-亚胺基双(丙基胺)、聚氧化丙烯多胺(如亨斯曼公司的D220、D400、D430和T403等)组成的群体中任选一种或它们的混合物。
脂环胺化合物是从双(4-氨基-3-甲基二环己基)甲烷、二氨基二环己基甲烷，双(氨基甲基)环己烷、N-氨基乙基吡嗪、3，9-双(3-氨丙基)-2，4，8，10-四哑螺(5，5)十一烷、异佛尔酮二胺、盂烯二胺、N，N’-二甲基哌嗪、2-甲基咪唑和α-乙基-4-甲基咪唑组成的群体中任选一种或它们的混合物。
本发明所采用的纤维增强剂是从玻璃纤维、碳纤维、芳酰胺纤维和聚酯纤维或它们各自的织物组成的群体中任选一种。
按照本发明实施制备的风力发电机叶片用环氧树脂组成物，充分固化后环氧树脂浇铸体性能为：拉伸强度≥60MPa，拉伸模量≥2.7GPa，断裂应变≥2.5％，弯曲强度≥90MPa，热变形温度≥70℃，吸水率(25℃，24小时)≤0.2％，密度≤1200Kg/m3。
四.具体实施方案
为了更好地实施本发明特举例说明之，但不是对本发明的限制。
实施例1
称量70g环氧当量为220g/eq的双酚A型环氧树脂，20g环氧当量为104g/eq的三缩水甘油基-对-氨基苯酚(AFG-90)，10g环氧当量为118g/eq的4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)。8g稀释剂乙二醇缩水甘油醚，18g聚氧化丙烯二胺(D220)和7g异佛尔酮二胺混合固化剂盛入混合器中于室温搅拌混合均匀后，以9KPa压力注入预热50℃密闭叶片模具中，此时环氧树脂组成物粘度为1200CPs，叶片模具中预设了玻璃纤维45g，环氧树脂组成物充满模腔后浸透所有玻璃纤维，逐渐升温至70℃维持5小时，再升温至90℃固化4小时，接着冷却到室温制成风力发电机叶片。
搅拌混合均匀后的环氧树脂组成物凝胶时间≥6hr，它的浇铸试件于70℃固化7小时，冷却测试性能结果如下：
拉伸强度65MPa    拉伸模量2.8GPa
断裂应变2.5％    弯曲强度90MPa
热变形温度70℃   吸水率(25℃，24小时)0.2％
密度1.2g/cm3
实施例2
除了环氧树脂组成物组成及加入量变化为双酚A型环氧树脂75g，三缩水甘油基-对-氨基苯酚(AFG-90)20g，4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)5g，乙二醇缩水甘油醚10g，聚氧化丙烯三胺(D430)24g，2-甲基咪唑6g，注入压力为13KPa，叶片模腔预热60℃，模内预设碳纤维织物60g外，其它控制指标和操作过程和实施例1完全一样，环氧树脂组成物浇铸固化试件性能，除拉伸强度为60MPa，拉伸模量2.9GPa外，其它性能数据和实施例1一样。
实施例3
除了环氧树脂组成物组成及加入量变化为双酚A型环氧树脂60g，三缩水甘油基-对-氨基苯酚(AFG-90)30g，4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯(TDE-85)10g，乙二醇缩水甘油醚5g，3-(二甲氨基)丙基胺12g，N，N’-二甲基哌嗪8g，注入压力为7KPa，叶片模腔预热40℃，模内预设芳酰胺纤维织物30g，环氧树脂组成物充满模腔，浸透芳酰胺纤维后，于70℃维持5小时，90℃维持5小时外，其它控制指标操作过程和实施例1完全一样。环氧树脂组成物浇铸固化试件性能除热变形温度75℃，拉伸模量2.9GPa外，其它性能指标和实施例1完全一样。

Claims (4)

1.风力发电机叶片用环氧树脂组成物，其特征在于：该环氧树脂组成包括环氧树脂混合物100重量份，所述的环氧树脂混合物中环氧当量为180～240g/eq的双酚A型环氧树脂占60～80重量％，环氧当量为104g/eq的三缩水甘油基-对-氨基苯酚占30～1重量％，环氧当量为118g/eq的4，5-环氧环己基-1，2-二甲酸二缩水甘油酯10～5重量％；重量比为60～80％/40～20％的脂肪族胺化合物/脂环胺化合物的混合固化剂20～30重量份和乙二醇缩水甘油醚稀释剂20～40重量份；环氧树脂组成物以6.7～13.3KPa压力注入预热40～60℃密闭叶片模具中，此时，环氧树脂组分物粘度为800～1500CPs，叶片模具中预设了纤维增强剂，纤维增强剂的用量为环氧树脂组成物重量的30～60％，环氧树脂组成物充满模腔后，升温至70℃维持4～5小时，再升温至90℃固化4～5小时、冷却到室温得到风力发电机叶片。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用环氧树脂组成物，其特征在于：脂肪族胺化合物是从二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、3-(二甲氨基)丙基胺、3-(二乙氨基)丙基胺、三-(2-氨乙基)胺、四甲基乙烯二胺、乙烯二胺、3，3’-亚氨基双(丙基胺)、聚氧化丙烯二胺和聚氧化丙烯三胺组成的群体中任选一种。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用环氧树脂组成物，其特征在于：脂环胺化合物是从双(4-氨基-3-甲基二环己基)甲烷、二氨基二环己基甲烷，双(氨基甲基)环己烷、N-氨基乙基吡嗪、3，9-双(3-氨丙基)-2，4，8，10-四哑螺(5，5)十一烷、异佛尔酮二胺、盂烯二胺、N，N’-二甲基哌嗪、2-甲基咪唑和α-乙基-4-甲基咪唑组成的群体中任选一种。
4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片用环氧树脂组成物，其特征在于：纤维增强剂是从玻璃纤维、碳纤维、芳酰胺纤维和聚酯纤维组成的群体中或它们各自的织物中任选一种。
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