CN105254188A - 一种风电叶片用玻璃纤维专用成膜剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环氧树脂复配物水乳液。本发明公开了一种环氧树脂复配物水乳液，其用于制造风电叶片用玻璃纤维成膜剂。用该水乳液做为成膜剂制备的玻璃纤维尤其适用于制备风电叶片。而且该水乳液不含VOC，不含壬基酚类表面活性剂，安全、环保性能良好。其特征在于，使用其作为成膜剂拉制的玻璃纤维，使用于风电叶片制造，其浸透速度、复合材料性能等各项指标优异；该水乳液贮存稳定性和使用稳定性均良好，使用安全、环保。该水乳液主要包含，环氧树脂，乳化剂，以及去离子水。本发明的环氧树脂水乳液可大规模使用于池窑法拉丝作业，工艺稳定、生产成本低。

Description

一种风电叶片用玻璃纤维专用成膜剂及其制备方法

技术领域

本发明为风电叶片用纱玻璃纤维专用成膜剂，一种环氧树脂水乳液的制备方法，使用传统方法乳化出的环氧树脂水乳液，在作为成膜剂使用于风电叶片用玻璃纤维时，其浸透速度、强度均达不到要求，该水乳液不含VOC，不含有壬基酚类表面活性剂，符合环保要求。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦。　　随着世界经济的发展，风能市场也迅速发展起来。2009年全球风力发电新增31%，共增加37500兆瓦新装机容量，全球总装机容量达到157900兆瓦的新高峰。截至2009年底，全国累计风电装机容量达到25800兆瓦。　　据《全球风能展望2010》预测，中国国内的风电装机容量在2020年将达到现在的十倍。毫无疑问，未来中国风电发展的前景看好。国家发改委现已明确规定：风电设备国产化率要达到70％以上。因此我国风电设备市场在未来几年内将蓬勃发展。

作为风电叶片的材料，随着其叶片的大型化，由最初的木制品逐步过渡到玻璃钢，而今采用的玻纤增强复合材料的叶片具有重量轻，比强度高，抗疲劳强度高，寿命较长的优点。叶片增强材料除需要满足设计强度外，还要有良好的工艺性能。在传统的600-900KW风力发电机叶片中广泛使用的短切毡、缝编毡和方格布已不能满足1.5MW-2MW型叶片的设计和工艺要求。大型风电叶片用多轴向缝编织物正是为了适应这一需求而开发的。

风电叶片用多轴向缝编织物由无捻粗纱作经纱及各种轴向的纬纱平行排列构成，缝编成紧密排列，比强度和比模量与其它织物相比提高30～60%；纤维结构具有可设计性，可使纤维的排布方向与受力方向接近一致，提高纤维的利用率，降低材料成本达15～20%；吸收冲击能量强，比普通机织物冲击能量大一倍以上。

风力发电的发展依赖于生产制造大量的风力发电机,风力发电机离不开叶片,而制造叶片则需要复合材料产业的支撑。对我国的复合材料产业来说,风力发电是一个难得的机遇。生产出最佳的大型风电叶片用多轴向织物材料,制造出质量上乘的复合材料叶片,满足快速发展的风力发电的需求,这是我们追求的目标。

发明内容

本发明的目的就在于通过改进浸润剂组份中的成膜剂，可以使风电叶片用纱满足风电叶片性能和工艺的更高要求。

其技术解决方案如下：

一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂，其特征在于水乳液各成份按重量百分比计包括：

50.1-57.3wt%双酚A环氧树脂（环氧当量196-270）；

4.3-5.7wt%乳化剂A：环氧树脂改性乳化剂；

1.5-3.0wt%乳化剂B：环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物；

43.5-47.5wt%去离子水。

包含按重量计总量不超过0.2%的有机挥发物。

本发明有三个月以上的贮存稳定性，即三个月以后乳液不出现油水分离、大量沉淀等现象。

本发明在超出保质期以后，没有出现明显的油水分离，经重新搅拌均匀以后，经重新检测合格后可以继续使用。

上述环氧树脂和乳化剂重量百分比之和不小于49.5%。

环氧树脂水乳液的制备方法，其特征在于使用双酚A环氧树脂、助剂、去离子水，经过特殊的乳化剂工艺乳化制得；

1）环氧树脂经加热到70-80℃，有良好的流动性，按照比例投入到乳化釜内，调整温度65-75℃，搅拌30分钟，使物料均匀。

2）混合均匀以后，打开搅拌电机，搅拌速度调整至1200转/分钟，缓慢加入去离子水，直至物料转变为水性；继续加水，进行稀释，调整乳液固含量至60％。

上述乳化剂使用环氧树脂和高分子聚氧化乙烯，既有传统乳化剂的亲水亲油性，又保留了环氧基团。按照相似相溶的原则，由于环氧乳化剂亲油基与环氧树脂有着完全相同的分子结构，所以与环氧树脂的相溶性更好，按照这个原理，在较低的乳化剂使用量的情况下，也可以得到较为稳定的环氧乳液；在作为玻璃纤维成膜剂使用于纤维时，在后道工序加工过程中，其中的环氧基团可参与固化反应，从而降低了复合材料中乳化剂的迁移，同时提高了复合材料的性能。

其中原料在带有夹套的乳化釜内进行，设备含高速剪切电机、低速分散电机；其中高速剪切电机转速不得低于1080r/min，低速剪切电机转速在50-70r/min；乳化釜夹套通冷却水调整釜内温度。

9.如权利要求1所述的环氧树脂水乳液的应用，其特征在于使用风电叶片专用玻璃纤维成膜剂，其使用时需要有专门的浸润剂配方，其中含有硅烷偶联剂，非离子型润滑剂，该方法制得的环氧树脂水乳液，配伍性能良好，配制成浸润剂以后，在中性或弱酸性条件下可保证其48小时不产生沉淀，在带有搅拌的情况下使用正常，不会产生不匀一等不良因素。

本发明专用成膜剂的主要技术指标：

PH值：6-8

固含量：55±1.5％；

粘度：30-350MPa.S

粒度Dav:0.5-1.0微米

稳定性：存放6个月不分层，不沉淀。

稀释稳定性：稀释至5％放置24小时几乎不产生分层、沉淀

膜状态：粘性膜

本发明的风电叶片用玻璃纤维专用成膜剂，有优异的稳定性能。

表1

从上表中可以看出，本发明乳液，从离心稳定性可以看出，有良好的稳定性；从稀释到5％的稳定性可以看出，其使用稳定性能良好（浸润剂成膜剂使用时配置固含量在4％-8％之间）。

本发明达到安全、环保要求，不含有VOC，和壬基酚类乳化剂，其乳化剂为聚环氧乙烷和环氧树脂聚合物，对人体过敏机率低。在拉丝做业过程中，浸润剂对工人很大程度上会产生接触，从而导致过敏、皮肤骚痒等症状，其主要原因是浸润剂中含有毒性成份。

本发明的专用成膜剂，使用于风电叶片用多轴向缝编织物所用浸润剂，其主要组分为成膜剂、偶联剂、润滑剂和柔软剂。其中成膜剂占到有效成份的70％以上，对纤维的性能起到至关重要的作用。因此，使用一种性能优异的成膜剂，最大限度地改善玻纤和树脂界面的相容性。经测试，产品的力学性能：拉伸强度、弯曲模量、耐冲击强度等指标均有提高。

本发明成膜剂多轴向织物层板多轴向织物层板与平传统成膜剂多轴向织物层板性能比较

表2

本发明的专用成膜剂，其离子性为中性，在弱酸性和中性条件下稳定性良好，适宜PH值在4-8范围内使用，与弱阴离子、弱阳离子物料配伍不会产生絮凝。

本发明的专用成膜剂，其生产过程要求，使用去离子水。生产要求批处理量为2-5吨的乳化釜，其中搅拌电机功率不低于30KW，高速剪切电机功率不低于80KW，乳化釜带有夹套，带有循环水、蒸汽加热，在生产过程中需要控制系统温度按照既定的曲线波动，按照一定的加水速度将去离子水加入，以使乳化工作顺利进行。其中过程中的温度和加水方式，将影响到乳液的粘度、粒度和稳定性等各项指标。

本发明的专用成膜剂使用的自制乳化剂合成需要使用双酚A环氧树脂和高分子聚氧化乙烯进行合成，其合成过程需要控制反应温度，注意催化剂的加入时机，反应终点的控制，否则会导致过多副反应的反生，从而影响乳化工作和乳液性能。

本发明使用的环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物，需要选择合适的亲油亲水平衡值的型号和水乳液配合使用。

本发明的专用成膜剂，需要与比例良好的成膜剂、偶联剂、润滑剂和柔软剂进行配伍使用。每个组分对玻纤的性能有着不同的贡献。因此，需要综合考虑，选用合适的组分和用量。其中各组份用量，需要根据实际拉丝工艺、客户需求、玻璃成份进行多次试验，确定最佳比例，以达到最佳使用效果。

具体实施方式

以下根据实施案例对本发明进行详细说明，表1中列出的实施例原料组成均是基于本发明所要求的成分。

实施例1,将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，2000g，再依次投入200g乳化剂A，40g乳化剂B，调整乳化釜内温度至70℃,选择搅拌速度1200r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％。对试样的性能进行分析。并进行拉丝试验。

实施例2,将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，2000g，再依次投入180g乳化剂A，36g乳化剂B，调整乳化釜内温度至70℃,选择搅拌速度1200r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％。对试样的性能进行分析。并进行拉丝试验。

实施例3,将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，2000g，再依次投入220g乳化剂A，44g乳化剂B，调整乳化釜内温度至70℃,选择搅拌速度1200r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％。对试样的性能进行分析。并进行拉丝试验。

实施例4,将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，2000g，再依次投入200g乳化剂A，40g乳化剂B，调整乳化釜内温度至70℃,选择搅拌速度1400r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％。对试样的性能进行分析。并进行拉丝试验。

实施例5,将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，2000g，再依次投入200g乳化剂A，40g乳化剂B，调整乳化釜内温度至60℃,选择搅拌速度1000r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％。对试样的性能进行分析。并进行拉丝试验。

表3

从上表的实施例可以看出，本发明的专用成膜剂，其成份组成中，乳化剂含量对乳液的稳定性有明显的影响，且对后道工序的应用使用有明显的影响。其中的乳化工艺对后道应用影响不明显，但对乳液的稳定性有明显的影响。

本发明的应用后效果，和进口乳液进行对比具体数据，由表2可见。

Claims (5)

1.一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂，其特征在于水乳液各成份按重量百分比计包括：

50.1-57.3%双酚A环氧树脂（环氧当量196-270）；

4.3-5.7%乳化剂A：环氧树脂改性乳化剂；

1.5-3.0%乳化剂B：环氧乙烷环氧丙烷嵌段共聚物；

43.5-47.5%去离子水;所述的环氧树脂和乳化剂重量百分比之和不小于59.5%

2.如权利要求1所述的一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂，其特征在于，包含按重量计总量不超过0.2%的有机挥发物。

3.一种如权利要求1所述的一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂的制备方法，其特征在于：将环氧树脂加烘至流动态，投入到乳化釜内，再依次投入180g乳化剂A，36g乳化剂B，调整乳化釜内温度至70℃,选择搅拌速度1200r/min，开始缓慢加水，至转变为水相，再缓慢加水稀释至固含量55％;对试样的性能进行分析,并进行拉丝试验。

4.如权利要求1所述的一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂的制备方法，其特征在于使用双酚A环氧树脂、助剂、去离子水，经过特殊的乳化剂工艺乳化制得；

（1）环氧树脂经加热到70-80℃，有良好的流动性，按照比例投入到乳化釜内，调整温度65-75℃，搅拌30分钟，使物料均匀；

（2）混合均匀以后，打开搅拌电机，搅拌速度调整至1200转/分钟，缓慢加入去离子水，直至物料转变为水性；继续加水，进行稀释，调整乳液固含量至60％。

5.权利要求3的一种风电叶片专用玻璃纤维专用环氧树脂水乳液成膜剂的制备方法，其特征在于：其中原料在带有夹套的乳化釜内进行，设备含高速剪切电机、低速分散电机；其中高速剪切电机转速不得低于1080r/min，低速剪切电机转速在50-70r/min；乳化釜夹套通冷却水调整釜内温度。