CN105131526B - 一种风机联轴器复合管轴及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机联轴器复合管轴及其制造方法，所述风机联轴器复合管轴以重量份计由下列组分组成：20～25份增强乙烯基树脂；34～44份环氧树脂；24～32份无碱玻璃纤维；12～18份尼龙66；6～10份聚苯乙烯‑聚乙烯‑聚丁烯‑聚苯乙烯SEBS；2～4份纳米二氧化钛；5～8份聚对苯二甲酸丙二醇酯；1～2份硅烷偶联剂；3～5份氢氧化铝；3～6份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及1～2份抗氧剂。从而，复合管轴具有轻质、耐腐蚀、绝缘以及抗疲劳的特点，适用于风力发电机的中间管轴。

Description

一种风机联轴器复合管轴及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种联轴器材料及其制造方法，具体地说，是一种适用于风力发电机联轴器的复合玻璃钢管轴及其制造方法。

背景技术

联轴器作为风力发电机的关键部件之一，用于连接风电齿轮箱高速轴与发电机主轴之间，主要起传递扭矩的作用。风电机组高速轴专用柔性联轴器应用于陆上、海上高空机舱内，离地面或海面约75米处，由于联轴器在高空使用，安装维护非常不便，维修成本昂贵，一旦出现损坏，将导致整个机组停转发电，间接损失严重，因而，对联轴器的可靠性、安全性要求十分苛刻。

其中，联轴器主要由中间管轴、法兰盘、刹车盘以及膜片组组成，其中的中间管轴为联轴器的核心组成部分，轴向传递扭矩。由于对联轴器的工作要求是20年内免维护，因而，作为主要部分的联轴器中间管轴需在寿命期内承担各种运行负荷及最大负荷情况下的轴偏移量和力矩，运行工况复杂，对中间管轴的疲劳指数提出极高的要求。传统的大型风机联轴器中间管轴大多采用合金钢制成，在运行使用过程中逐渐暴露出一系列缺点，如传动系统振动噪声大；寄生电流通过联轴器从发电机转子流向齿轮箱并造成齿轮箱的损伤；以橡胶件作为电绝缘元件，不仅造成成本增加，还会降低整体抗疲劳性。上述缺点使得目前广泛使用的合金钢联轴器中间管轴已逐渐无法满足现代风机联轴器的使用要求。

近些年来，由于玻璃钢材料具有轻质高强、耐腐蚀性能好、可设计性好、工艺性能优良等特点，逐渐应用于联轴器的中间管轴，但是由于国内没有统一的标准，在材料性能、载荷分析、制品要求等方面都只能参考国外的相关规定，严重制约产品的设计，而普通玻璃钢材料较易变形，而风机联轴器在恶劣环境下的高速运转可能会到导致玻璃钢中间管轴变形而无法长期使用，缩短联轴器的使用寿命。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种风机联轴器复合管轴及其制造方法，其克服现有技术中存在的不足，使得复合管轴具有轻质、耐腐蚀、绝缘以及抗疲劳，从而适用于风力发电机的联轴器。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种风机联轴器复合管轴，其组成原料的重量份为：20～25份增强乙烯基树脂；34～44份环氧树脂；24～32份无碱玻璃纤维；12～18份尼龙66；6～10份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SEBS)；2～4份纳米二氧化钛；5～8份聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)；1～2份硅烷偶联剂；3～5份氢氧化铝；3～6份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及1～2份抗氧剂。

根据本发明的一实施例，所述增强乙烯基树脂主要由环氧树脂、双酚A、甲基丙烯酸、不饱和二元羧酸以及苯乙烯制造而成，其中，所述增强乙烯基树脂由以下重量份计的原料制成：50份环氧树脂；30～40份双酚A；20～40份甲苯；2～4份阻聚剂；12～15份甲基丙烯酸单体；12～24份不饱和二元羧酸；4～6份对苯二酚；5～8份苯乙烯；1～2份三乙胺；2份四丁基氯化铵；以及1份氧化镁。

根据本发明的一实施例，聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯SEBS是高等分子量SEBS和低等分子量SEBS组成的混合物，其中，所述高等分子量SEBS是重均分子量为18～25万的SEBS，所述低等分子量SEBS是重均分子量为1～2万的SEBS。

根据本发明的一实施例，在聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯SEBS混合物中，所述高等分子量SEBS的重量百分含量为30～50％。

一种风机联轴器复合管轴的制造方法，其包括步骤：

将增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维以及尼龙66加入高速混料机中，其中，所述高速混料机的温度升至250℃～280℃，搅拌速度为800～1000rpm，搅拌时间为40～60min；

将聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯加入所述高速混料机中，混合搅拌10～20min；

将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙须晶、钙锌稳定剂、抗氧剂加入所述高速混料机中搅拌1～2小时，得混合料；以及

通过双螺杆挤出机将所述混合料挤出成型，制得所述风机联轴器复合管轴，其中，所述双螺杆挤出机自加料口开始各段温度依次为200～215℃、220～230℃、240～250℃、250～255℃、255～266℃、260～270℃、270～280℃，挤出温度为270～285℃，螺杆转速为180～220rpm，挤出压力为40～50MPa。

根据本发明的一实施例，所述步骤S100中的增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

环氧树脂扩链，通过双酚A和氢氧化铁对环氧树脂进行扩链反应，其中，反应温度为150～180℃，反应时间为1～2小时，得扩链环氧树脂；以及

接枝不饱和二元羧酸于扩链环氧树脂，通过甲苯对扩链环氧树脂进行稀释，降温至100～120℃，加入阻聚剂，滴加甲基丙烯酸单体，搅拌反应30分钟，加入不饱和二元羧酸、对苯二酚、苯乙烯、三乙胺、四丁基氯化铵以及氧化镁，均匀搅拌，接枝反应1～2小时，降温，制得增强乙烯基树脂，其中，阻聚剂是羟基苯甲醚。

本发明的有益效果：增强乙烯基树脂具有良好的稳定性、优异的耐腐蚀性和相关力学性能，通过苯乙烯改性后，使得复合管轴的耐温性能进一步加强，同时，接枝大量的不饱和二元羧酸，有效改善对无碱玻璃纤维的润湿性和粘结性，提高所述复合管轴的力学强度；聚对苯二甲酸丙二醇酯结构对称，满足紧密堆砌的要求，提高机械强度；SEBS与增强乙烯基树脂会形成互穿网络结构，有效改善整个体系的力学性能如硬度、拉伸屈服应力以及屈服伸长率，同时具有柔性缓冲作用。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种风机联轴器复合管轴，其组成原料的重量份为：20～25份增强乙烯基树脂；34～44份环氧树脂；24～32份无碱玻璃纤维；12～18份尼龙66；6～10份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SEBS)；2～4份纳米二氧化钛；5～8份聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)；1～2份硅烷偶联剂；3～5份氢氧化铝；3～6份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及1～2份抗氧剂。

其中，所述增强乙烯基树脂主要由环氧树脂、双酚A、甲基丙烯酸、不饱和二元羧酸以及苯乙烯制造而成，其中，所述增强乙烯基树脂由以下重量份计的原料制成：50份环氧树脂；30～40份双酚A；20～40份甲苯；2～4份阻聚剂；12～15份甲基丙烯酸单体；12～24份不饱和二元羧酸；4～6份对苯二酚；5～8份苯乙烯；1～2份三乙胺；2份四丁基氯化铵；以及1份氧化镁。

其中，所述复合管轴适用于作为风力发电机的联轴器的中间管轴，具有轻质、耐腐蚀、绝缘以及抗疲劳的性能。

其中，所述增强乙烯基树脂具有良好的稳定性、优异的耐腐蚀性和相关力学性能。通过改性的增强乙烯基树脂具有比一般乙烯基树脂更好的耐腐蚀性能，而通过苯乙烯改性后，所述复合管轴的耐温性能进一步加强，得以在-45℃至+50℃环境下正常工作，在二十年寿命期内抗老化脆裂。

其中，在制造增强乙烯基树脂过程中，由于环氧树脂通过双酚A和氢氧化铁发生扩链反应后，接枝大量的不饱和二元羧酸，有效改善对无碱玻璃纤维的润湿性和粘结性，提高所述复合管轴的力学强度。

增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维以及尼龙66作为所述复合管轴材料的主要基材，其中，无碱玻璃纤维是指碱金属氧化物的含量不大于1％，具有化学稳定性高，电绝缘性好，力学强度高，水解度低，耐水耐弱碱性的特点。

由于无碱玻璃纤维的表面为硅羟基，与其他材料的相容性较差，通过硅烷偶联剂得以使无碱玻璃纤维与其他材料进行接枝，优选地，所述硅烷偶联剂为KH550.

其中，所述聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)是一种性能优异的聚酯类纤维，得以通过对苯二甲酸(PTA)和1，3-丙二醇(PDO)缩聚制得。PTT的主链是由每个重复单元为刚性苯环和柔性脂肪醇连接的饱和线性分子组成，分子的高度几何规整性和刚性部分使整个体系具有高的机械强度，突出的耐化学试剂性以及耐热性。同时，由于PTT结构对称，满足紧密堆砌的要求，使得PTT可作为骨架材料来提高机械强度。

其中，聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(SEBS)是一种热塑性弹性体，通过SEBS的加入得以显著提升大分子链段自由改变微观构象的能力。所述的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯是高等分子量SEBS和低等分子量SEBS组成的混合物。其中，所述高等分子量SEBS是重均分子量为18～25万的SEBS；所述低等分子量SEBS是重均分子量为1～2万的SEBS。在混合物SEBS中，所述高等分子量SEBS的重量百分含量为30～50％。

由于SEBS与增强乙烯基树脂会形成互穿网络结构，有效改善整个体系的力学性能如硬度、拉伸屈服应力以及屈服伸长率等，提高所述复合管轴的柔性缓冲性能。

从而，所述风机联轴器复合管轴不仅有效解决十万伏高压下轴向漏电阻断绝缘，而且，二十年寿命期内不疲劳断裂，同时具有柔性缓冲作用。

所述风机联轴器复合管轴的制造方法，其包括步骤：

将增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维以及尼龙66加入高速混料机中，其中，所述高速混料机的温度升至250℃～280℃，搅拌速度为800～1000rpm，搅拌时间为40～60min；

将聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯加入所述高速混料机中，混合搅拌10～20min；

将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙须晶、钙锌稳定剂、抗氧剂加入所述高速混料机中搅拌1～2小时，得混合料；以及

通过双螺杆挤出机将所述混合料挤出成型，制得所述风机联轴器复合管轴，其中，所述双螺杆挤出机自加料口开始各段温度依次为200～215℃、220～230℃、240～250℃、250～255℃、255～266℃、260～270℃、270～280℃，挤出温度为270～285℃，螺杆转速为180～220rpm，挤出压力为40～50MPa。

其中，所述增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

环氧树脂扩链，通过双酚A和氢氧化铁对环氧树脂进行扩链反应，其中，反应温度为150～180℃，反应时间为1～2小时，得扩链环氧树脂；以及

接枝不饱和二元羧酸于扩链环氧树脂，通过甲苯对扩链环氧树脂进行稀释，降温至100～120℃，加入阻聚剂，滴加甲基丙烯酸单体，搅拌反应30分钟，加入不饱和二元羧酸、对苯二酚、苯乙烯、三乙胺、四丁基氯化铵以及氧化镁，均匀搅拌，接枝反应1～2小时，降温，制得增强乙烯基树脂，其中，阻聚剂是羟基苯甲醚。

实施例1

所述风机联轴器复合管轴，其组成原料的重量份为：25份增强乙烯基树脂；38份环氧树脂；28份无碱玻璃纤维；16份尼龙66；8份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯；3份纳米二氧化钛；6份聚对苯二甲酸丙二醇酯；2份硅烷偶联剂；4份氢氧化铝；5份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及1份抗氧剂。

其中，在混合物SEBS中，所述高等分子量的SEBS重量百分含量为30％。

增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

将50质量份的环氧树脂、30质量份的双酚A加入到反应容器中，加入氢氧化铁，升温至160℃，反应1.5小时即完成扩链。

在完成环氧树脂扩链之后，添加35质量份的甲苯进行稀释，降温至120度，加入3质量份的阻聚剂(羟基苯甲醚)、滴加13质量份的甲基丙烯酸单体，搅拌反应之后30分钟之后，加入18质量份的不饱和二元羧酸、5质量份的对苯二酚、6质量份的苯乙烯、1质量份的三乙胺、2质量份的四丁基氯化铵、1质量份的氧化镁。均匀搅拌，接枝反应2小时，降温，得增强乙烯基树脂。

所述风机联轴器复合管轴的制造方法，包括步骤：

将相应重量份的增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维、尼龙66加入高速混料机，将温度升至265℃，搅拌速度为1000rpm，搅拌时间50分钟，然后将相应质量份的SEBS和PTT加入上述混合机搅拌15分钟，接着将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙须晶、钙锌稳定剂、抗氧剂加入上述高速混料机中搅拌1小时，得到混合料；

将混合料放入双螺杆挤出机中，其中所述双螺杆挤出机分为7段，自加料口开始各段温度依次为205℃、225℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃，挤出温度为275℃，螺杆转速为185rpm，挤出压力为45MPa。

实施例2

所述风机联轴器复合管轴，其组成原料的重量份为：20份增强乙烯基树脂；44份环氧树脂；32份无碱玻璃纤维；12份尼龙66；6份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯；2份纳米二氧化钛；8份聚对苯二甲酸丙二醇酯；2份硅烷偶联剂；3份氢氧化铝；3份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及2份抗氧剂。

其中，在混合物SEBS中，所述高等分子量的SEBS重量百分含量为40％。

增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

将50质量份的环氧树脂、40质量份的双酚A加入到反应容器中，加入氢氧化铁，升温至180℃，反应1小时即完成扩链。

在完成环氧树脂扩链之后，添加20质量份的甲苯进行稀释，降温至110度，加入2质量份的阻聚剂(羟基苯甲醚)、滴加15质量份的甲基丙烯酸单体，搅拌反应之后30分钟之后，加入24质量份的不饱和二元羧酸、6质量份的对苯二酚、8质量份的苯乙烯、1质量份的三乙胺、2质量份的四丁基氯化铵、1质量份的氧化镁。均匀搅拌，接枝反应1.5小时，降温，得增强乙烯基树脂。

所述风机联轴器复合管轴的制造方法，包括步骤：

将相应重量份的增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维、尼龙66加入高速混料机，将温度升至265℃，搅拌速度为800rpm，搅拌时间60分钟，然后将相应质量份的SEBS和PTT加入上述混合机搅拌10分钟，接着将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙须晶、钙锌稳定剂、抗氧剂加入上述高速混料机中搅拌1.5小时，得到混合料；

将混合料放入双螺杆挤出机中，其中所述双螺杆挤出机分为7段，自加料口开始各段温度依次为200℃、220℃、245℃、250℃、255℃、260℃、270℃，挤出温度为270℃，螺杆转速为200rpm，挤出压力为50MPa。

实施例3

所述风机联轴器复合管轴，其组成原料的重量份为：22份增强乙烯基树脂；34份环氧树脂；24份无碱玻璃纤维；18份尼龙66；10份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯；4份纳米二氧化钛；5份聚对苯二甲酸丙二醇酯；1份硅烷偶联剂；5份氢氧化铝；6份碳酸钙须晶；1份钙锌稳定剂；以及2份抗氧剂。

其中，在混合物SEBS中，所述高等分子量的SEBS重量百分含量为50％。

增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

将50质量份的环氧树脂、30质量份的双酚A加入到反应容器中，加入氢氧化铁，升温至150℃，反应2小时即完成扩链。

在完成环氧树脂扩链之后，添加40质量份的甲苯进行稀释，降温至100度，加入4质量份的阻聚剂(羟基苯甲醚)、滴加12质量份的甲基丙烯酸单体，搅拌反应之后30分钟之后，加入12质量份的不饱和二元羧酸、4质量份的对苯二酚、5质量份的苯乙烯、1质量份的三乙胺、2质量份的四丁基氯化铵、1质量份的氧化镁。均匀搅拌，接枝反应1小时，降温，得增强乙烯基树脂。

所述风机联轴器复合管轴的制造方法，包括步骤：

将相应重量份的增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维、尼龙66加入高速混料机，将温度升至280℃，搅拌速度为900rpm，搅拌时间40分钟，然后将相应质量份的SEBS和PTT加入上述混合机搅拌20分钟，接着将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙须晶、钙锌稳定剂、抗氧剂加入上述高速混料机中搅拌2小时，得到混合料；

将混合料放入双螺杆挤出机中，，其中所述双螺杆挤出机分为7段，自加料口开始各段温度依次为215℃、230℃、250℃、255℃、266℃、270℃、275℃，挤出温度为285℃，螺杆转速为220rpm，挤出压力为40MPa。

性能测试：对实施例1～3中所制造的风机联轴器复合管轴的性能测试如下：

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种风机联轴器复合管轴，其特征在于，所述风机联轴器复合管轴以重量份计由下列组分组成：20～25份增强乙烯基树脂、34～44份环氧树脂、24～32份无碱玻璃纤维、12～18份尼龙66、6～10份聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯SEBS、2～4份纳米二氧化钛、5～8份聚对苯二甲酸丙二醇酯、1～2份硅烷偶联剂、3～5份氢氧化铝、3～6份碳酸钙晶须、1份钙锌稳定剂以及1～2份抗氧剂，其中，所述增强乙烯基树脂主要由环氧树脂、双酚A、甲基丙烯酸、不饱和二元羧酸以及苯乙烯制造而成，其中，所述增强乙烯基树脂由以下重量份计的原料制成：50份环氧树脂、30～40份双酚A、20～40份甲苯、2～4份阻聚剂、12～15份甲基丙烯酸单体、12～24份不饱和二元羧酸、4～6份对苯二酚、5～8份苯乙烯、1～2份三乙胺、2份四丁基氯化铵以及1份氧化镁。

2.根据权利要求1所述的风机联轴器复合管轴，其特征在于，聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯SEBS是高等分子量SEBS和低等分子量SEBS组成的混合物，其中，所述高等分子量SEBS是重均分子量为18～25万的SEBS，所述低等分子量SEBS是重均分子量为1～2万的SEBS。

3.根据权利要求2所述的风机联轴器复合管轴，其特征在于，在聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯SEBS混合物中，所述高等分子量SEBS的重量百分含量为30～50％。

4.一种如权利要求1至3中任一所述的风机联轴器复合管轴的制造方法，其特征在于，包括步骤：

将增强乙烯基树脂、环氧树脂、无碱玻璃纤维以及尼龙66加入高速混料机中，其中，所述高速混料机的温度升至250℃～280℃，搅拌速度为800～1000rpm，搅拌时间为40～60min；

将聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯加入所述高速混料机中，混合搅拌10～20min；

将纳米二氧化钛、硅烷偶联剂、氢氧化铝、碳酸钙晶须、钙锌稳定剂、抗氧剂加入所述高速混料机中搅拌1～2小时，得混合料；以及

通过双螺杆挤出机将所述混合料挤出成型，制得所述风机联轴器复合管轴，其中，所述双螺杆挤出机自加料口开始各段温度依次为200～215℃、220～230℃、240～250℃、 250～255℃、255～266℃、260～270℃、270～280℃，挤出温度为270～285℃，螺杆转速为180～220rpm，挤出压力为40～50MPa；

其中，所述增强乙烯基树脂的制造，包括以下步骤：

环氧树脂扩链，通过双酚A和氢氧化铁对环氧树脂进行扩链反应，其中，反应温度为150～180℃，反应时间为1～2小时，得扩链环氧树脂；以及

接枝不饱和二元羧酸于扩链环氧树脂，通过甲苯对扩链环氧树脂进行稀释，降温至100～120℃，加入阻聚剂，滴加甲基丙烯酸单体，搅拌反应30分钟，加入不饱和二元羧酸、对苯二酚、苯乙烯、三乙胺、四丁基氯化铵以及氧化镁，均匀搅拌，接枝反应1～2小时，降温，制得增强乙烯基树脂，其中，阻聚剂是羟基苯甲醚。