CN105482062B - 一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用 - Google Patents

一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用。聚氨酯组合聚醚，按重量份计包括下述原料组分：40‑60份聚醚多元醇A、35‑55份聚醚多元醇B、5‑15份聚醚多元醇C、1.0‑3.0份表面活性剂、0.1‑0.3份催化剂A、0.7‑1.2份催化剂B、0.3‑0.5份催化剂C、0.8‑1.5份去离子水和15‑25份发泡剂。本发明所制得风力发电用桨叶具有质轻，成本低等特点，特别是利用了聚氨酯作为内部填充物，聚氨酯的使用寿命在20年以上，比外壳的玻璃钢、铝合金等材质使用寿命长，且其强度较高，使用尺寸变化率小，减少了桨叶被其他物体碰撞及长期使用条件下变形的可能性，适合长期使用。

Description

一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯发泡工艺技术领域及风力发电用桨叶制作领域，尤其是涉及一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用。
背景技术
目前世界能源应用以化石能源为主体，但是化石能源面临两大问题，一是化石能源不可再生，总有枯竭的时候，而随着世界经济的不断发展，能源的需求量却越来越大；二是化石能源的使用带来全球性的环境问题，包括温室效应、酸雨、臭氧层破坏等，对人类的生存环境造成极大的影响。
在意识到化石能源的弊端之后，人们也在不断需找其他新能源，如太阳能、风能、水能、核能等。其中，据统计，全球风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。风力发电在芬兰、丹麦等国家应用较广泛，我国在也正在大力普及风力发电，在2014年，我国风电装机总量已达114GW，规模稳居全球第一。
从2008年至2014年，我国风力发电总量每年增量在20％以上，且呈稳定上涨趋势，后续的发展趋势仍不可小视，目前风力发电桨叶主要采取玻璃钢、铝合金等材料制作，但随着对发电效率的要求越来越高，对桨叶重量的控制也在不断提高。因此，寻找一种质轻、使用寿命长、强度高、不易变形适合于长期使用的风力发电用桨叶是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中风力发电用桨叶较重、使用寿命短、强度不高、易变形、不适合于长期使用等缺陷而提供了一种聚氨酯组合聚醚、风力发电用桨叶、生产方法及应用。本发明制备的风力 发电用桨叶质轻、使用寿命长、强度较高、成本低、使用尺寸变化率小，减少了桨叶被其他物体碰撞及长期使用条件下变形的可能性，适合长期使用。
本发明提供了一种聚氨酯组合聚醚，所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：40-60份聚醚多元醇A、35-55份聚醚多元醇B、5-15份聚醚多元醇C、1.0-3.0份表面活性剂、0.1-0.3份催化剂A、0.7-1.2份催化剂B、0.3-0.5份催化剂C、0.8-1.5份去离子水和15-25份发泡剂；所述的聚醚多元醇A为聚醚多元醇SA380和/或聚醚多元醇NJ-6209；所述的聚醚多元醇B为聚醚多元醇DD-4110和/或聚醚多元醇NJ-4110；所述的聚醚多元醇C为聚醚多元醇NJ-220和/或聚醚多元醇DL2000D；所述的催化剂A为五甲基二亚乙基三胺和/或催化剂PT303；所述的催化剂B为N,N-二甲基环己胺和/或催化剂BX405；所述的催化剂C为1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪和/或催化剂PT304。
本发明中，所述的所述的表面活性剂较佳地为表面活性剂B8545和/或表明活性剂L-6860。
本发明中，所述的发泡剂较佳地为一氟二氯乙烷(HCFC-141b)。
本发明中，当所述的聚醚多元醇A为聚醚多元醇SA380和聚醚多元醇NJ-6209的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的聚醚多元醇SA380与所述的聚醚多元醇NJ-6209的重量比为2:1。所述的聚醚多元醇SA380较佳地官能度为4.1～4.4，羟值为360～400mgKOH/g，粘度为2000～3000mPa·s。所述的聚醚多元醇SA380的生产厂家较佳地为山东蓝星东大化工有限责任公司。所述的聚醚多元醇NJ-6209较佳地官能度为4.1～4.4，羟值为360～400mgKOH/g，粘度为2000～3000mPa·s。所述的聚醚多元醇NJ-6209的生产厂家较佳地为烟台昌枫化工有限公司。
当所述的聚醚多元醇B为聚醚多元醇DD-4110和聚醚多元醇NJ-4110的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的聚醚多元醇DD-4110与所述的聚醚多元醇NJ-4110的重量比为2:1。所述的聚醚多元醇DD-4110较佳地官能度为4.0～4.5，羟值为430～470mgKOH/g，粘度为3000～ 6000mPa·s。所述的聚醚多元醇DD-4110的生产厂家较佳地为山东蓝星东大化工有限责任公司。所述的聚醚多元醇NJ-4110较佳地官能度为4.0～4.5，羟值为410～470mgKOH/g，粘度为2500～3500mPa·s。所述的聚醚多元醇NJ-4110的生产厂家较佳地为烟台昌枫化工有限公司。
本发明中，当所述聚醚多元醇C为聚醚多元醇NJ-220和聚醚多元醇DL2000D的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的聚醚多元醇NJ-220与所述的聚醚多元醇DL2000D的重量比为7:3。所述的聚醚多元醇NJ-220较佳地官能度为2，羟值为54～58mgKOH/g，粘度为260～370mPa·s。所述的聚醚多元醇NJ-220的生产厂家较佳地为烟台昌枫化工有限公司。所述的聚醚多元醇DL2000D较佳地官能度为2，羟值为54.5～57.5mgKOH/g，粘度为270～370mPa·s。所述的聚醚多元醇DL2000D的生产厂家较佳地为山东蓝星东大化工有限责任公司。
当所述的表面活性剂为表面活性剂B8545和表面活性剂L-6860的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的表面活性剂B8545与所述的表面活性剂L-6860的重量比为1:2。所述的表面活性剂B8545较佳地为赢创德固赛(中国)投资有限公司生产。所述的表面活性剂L-6860较佳地为迈图高新材料集团生产。
当所述的催化剂A为五甲基二亚乙基三胺和催化剂PT303的混合物时，二者可以按照任意比例复配。例如所述的五甲基二亚乙基三胺与所述的催化剂PT303的重量比为2:1，所述的催化剂PT303较佳地为空气化工产品公司生产。
当所述的催化剂B为N,N-二甲基环己胺和催化剂BX405的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的N,N-二甲基环己胺与所述的催化剂BX405的重量比为6:5。所述的催化剂BX405较佳地为空气化工产品公司生产。
当所述的催化剂C为1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪和催化剂PT304的混合物时，二者可以按照任意比例复配，例如所述的1,3,5-三(二甲氨基 丙基)-六氢三嗪与所述的催化剂PT304的重量比为1:1。所述的催化剂PT304较佳地为空气化工产品公司生产。所述的发泡剂一氟二氯乙烷(HCFC-141b)较佳地为浙江三美化工股份有限公司生产。
本发明还提供了一种风力发电用桨叶的生产方法，其包括下述步骤：将上述的聚氨酯组合聚醚与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比1:1～1：1.1的配比混合，然后浇注到闭合的中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔中发泡反应成型，即得风力发电用桨叶。
本发明中，所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯为本领域常规使用的多苯基多亚甲基多异氰酸酯，较佳地为二苯基甲烷二异氰酸酯，更佳地为烟台万华化学有限公司生产的PM200。
本发明中，所述的混合较佳地采用搅拌器进行搅拌混合。所述的搅拌的时间较佳地为8秒～12秒。所述的搅拌的速率较佳地为3000转/分钟～4000转/分钟，例如3200转/分钟或3500转/分钟。
本发明中，所述的中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔为本领域常规中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔，所述的中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔的温度较佳地控制在20℃～40℃，例如30℃或35℃。
其中，所述的浇注到闭合的中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔较佳地从中空玻璃钢桨叶或铝合金桨叶的空腔中心位置浇注。
其中，所述的发泡为本领域常规操作，较佳地为搅拌发泡或高压机发泡。所述的高压机发泡的物料温度较佳地控制在21℃～25℃，物料流量较佳地为150kg/s～300kg/s，所述的高压机发泡的压强较佳地控制在6MPa～9MPa。所述的搅拌发泡的温度较佳地控制在21℃～25℃，搅拌的速度较佳地为3000转/分钟～4000转/分钟。所述的发泡的时间优选10分钟～20分钟，例如15分钟。
本发明还提供了所述的风力发电用桨叶的生产方法生产的风力发电用桨叶。
本发明还提供了所述的风力发电用桨叶作为风力发电设备的应用。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明所制得风力发电用桨叶具有质轻，成本低等特点，特别是利用了聚氨酯作为内部填充物，聚氨酯的使用寿命在20年以上，比外壳的玻璃钢、铝合金等材质使用寿命长，且其强度较高，使用尺寸变化率小，减少了桨叶被其他物体碰撞及长期使用条件下变形的可能性，适合长期使用。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
本发明实施例中，所述的聚醚多元醇SA380为山东蓝星东大化工有限责任公司生产；所述的聚醚多元醇NJ-6209为烟台昌枫化工有限公司生产；所述的聚醚多元醇DD-4110为山东蓝星东大化工有限责任公司生产；所述的聚醚多元醇NJ-4110为烟台昌枫化工有限公司生产；所述的聚醚多元醇NJ-220为烟台昌枫化工有限公司生产；所述的聚醚多元醇DL2000D为山东蓝星东大化工有限责任公司生产；所述的表面活性剂B8545为赢创德固赛(中国)投资有限公司生产；所述的表面活性剂L-6860为迈图高新材料集团生产；所述的PT303为空气化工产品公司生产；所述的PT304为空气化工产品公司生产；所述的发泡剂一氟二氯乙烷(HCFC-141b)为浙江三美化工股份有限公司生产；所述的二苯基甲烷二异氰酸酯为烟台万华化学有限公司生产的PM200。
实施例1：
按照表1中的成分制备聚氨酯组合聚醚，所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：
表1聚氨酯组合聚醚原料组分表
将表1所述的聚氨酯组合聚醚按照规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，制成组分I；
再将组分I与二苯基甲烷二异氰酸酯PM200按照重量比1：1.1的比例倒入容器中，然后在25℃下利用电动搅拌器搅拌8秒钟，搅拌速度3000转/分钟将混合均匀后的液体倒入预制好的温度为35℃的中空玻璃钢桨叶空腔中，封闭注料口，放置15分钟后可得风力发电用桨叶。
实施例2：
按照表2中的成分制备聚氨酯组合聚醚，所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：
表2聚氨酯组合聚醚原料组分表
将表2所述的聚氨酯组合聚醚按照规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，制成组分I；
再将组分I与二苯基甲烷二异氰酸酯PM200按照重量比1：1的比例倒入容器中，然后在25℃下利用电动搅拌器搅拌8秒钟，搅拌速度4000转/分钟将混合均匀后的液体倒入预制好的温度为30℃的中空铝合金桨叶空腔中，封闭注料口，放置15分钟后可得风力发电用桨叶。
实施例3：
按照表3中的成分制备聚氨酯组合聚醚，所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：
表3聚氨酯组合聚醚原料组分表
将表3所述的聚氨酯组合聚醚按照规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，制成组分I；
再将组分I与二苯基甲烷二异氰酸酯PM200按照重量比1：1的比例倒入容器中，然后在25℃下利用电动搅拌器搅拌8秒钟，搅拌速度3500转/分钟将混合均匀后的液体倒入预制好的温度为40℃的中空铝合金桨叶空腔中，封闭注料口，放置15分钟后可得风力发电用桨叶。
实施例4：
按照表4中的成分制备聚氨酯组合聚醚，所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：
表4聚氨酯组合聚醚原料组分表
聚醚多元醇SA380 50份
聚醚多元醇NJ-4110 40份
聚醚多元醇NJ220 7份
聚醚多元醇DL2000D 3份
表面活性剂B8545 2份
五甲基二亚乙基三胺 0.2份
催化剂BX405 1.0份
催化剂PT304 0.2份
1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪 0.2份
去离子水 1.2份
一氟二氯乙烷(HCFC-141b) 19份
将表4所述的聚氨酯组合聚醚按照规定比例倒入容器中，利用电动搅拌器混合均匀，制成组分I；
再将组分I与二苯基甲烷二异氰酸酯PM200按照重量比1：1的比例倒 入容器中，然后在25℃下利用电动搅拌器搅拌8秒钟，搅拌速度3200转/分钟将混合均匀后的液体倒入预制好的温度为38℃的中空玻璃钢桨叶空腔中，封闭注料口，放置15分钟后可得风力发电用桨叶。
将四个实施例所得材料进行机械性能测试，其中，相关测试标准如下：所得结果见表5。
密度：GB/T 6343-2009泡沫塑料及橡胶表观密度的测定
压缩强度：GB/T 8813-2008硬质泡沫塑料压缩性能的测定
低温形变：GB/T 8811-2008硬质泡沫塑料尺寸稳定性试验方法
表5实施例1～4制得的风力发电用桨叶机械性能测试结果
对比例1为实心玻璃钢桨叶；对比例2为中空玻璃钢内部木芯桨叶。
实验结果表明，使用寿命方面，木芯长时间使用容易腐烂，所以寿命较短；实心玻璃钢由于重量较高，使用时受力较大，连接处容易变形。本发明制备的风力发电用桨叶与现有的实心玻璃钢桨叶或者中空玻璃钢内部木芯桨叶相比密度明显减小，桨叶重量明显减少，提高了发电效率，使用寿命明 显增长。

Claims (10)

1.一种聚氨酯组合聚醚，其特征在于所述的聚氨酯组合聚醚按重量份计包括下述原料组分：40-60份聚醚多元醇A、35-55份聚醚多元醇B、5-15份聚醚多元醇C、1.0-3.0份表面活性剂、0.1-0.3份催化剂A、0.7-1.2份催化剂B、0.3-0.5份催化剂C、0.8-1.5份去离子水和15-25份发泡剂；所述的聚醚多元醇A为聚醚多元醇SA380和/或聚醚多元醇NJ-6209；所述的聚醚多元醇B为聚醚多元醇DD-4110和/或聚醚多元醇NJ-4110；所述的聚醚多元醇C为聚醚多元醇NJ-220和/或聚醚多元醇DL2000D；所述的催化剂A为五甲基二亚乙基三胺和/或催化剂PT303；所述的催化剂B为N,N-二甲基环己胺和/或催化剂BX405；所述的催化剂C为1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪和/或催化剂PT304。
2.如权利要求1所述的聚氨酯组合聚醚，其特征在于：
所述的表面活性剂为表面活性剂B8545和/或表明活性剂L-6860；
和/或，
所述的发泡剂为一氟二氯乙烷。
3.如权利要求1所述的聚氨酯组合聚醚，其特征在于：所述的聚醚多元醇SA380官能度为4.1～4.4，羟值为360～400mgKOH/g，粘度为2000～3000mPa·s；
和/或，
所述的聚醚多元醇NJ-6209官能度为4.1～4.4，羟值为360～400mgKOH/g，粘度为2000～3000mPa·s；
和/或，
所述的聚醚多元醇DD-4110官能度为4.0～4.5，羟值为430～470mgKOH/g，粘度为3000～6000mPa·s；
和/或，
所述的聚醚多元醇NJ-4110官能度为4.0～4.5，羟值为410～470mgKOH/g，粘度为2500～3500mPa·s；
和/或，
所述的聚醚多元醇NJ-220官能度为2，羟值为54～58mgKOH/g，粘度为260～370mPa·s；
和/或，
所述的聚醚多元醇DL2000D官能度为2，羟值为54.5～57.5mgKOH/g，粘度为270～370mPa·s。
4.如权利要求1所述的聚氨酯组合聚醚，其特征在于：
当所述的聚醚多元醇A为聚醚多元醇SA380和聚醚多元醇NJ-6209的混合物时，所述的聚醚多元醇SA380与所述的聚醚多元醇NJ-6209的重量比为2:1；
和/或，
当所述的聚醚多元醇B为聚醚多元醇DD-4110和聚醚多元醇NJ-4110的混合物时，所述的聚醚多元醇DD-4110与所述的聚醚多元醇NJ-4110的重量比为2:1；
和/或，
当所述聚醚多元醇C为聚醚多元醇NJ-220和聚醚多元醇DL2000D的混合物时，所述的聚醚多元醇NJ-220与所述的聚醚多元醇DL2000D的重量比为7:3；
和/或，
当所述的表面活性剂为表面活性剂B8545和表面活性剂L-6860的混合物时，所述的表面活性剂B8545与所述的表面活性剂L-6860的重量比为1:2；
和/或，
当所述的催化剂A为五甲基二亚乙基三胺和催化剂PT303的混合物时，所述的五甲基二亚乙基三胺与所述的催化剂PT303的重量比为2:1
和/或，
当所述的催化剂B为N,N-二甲基环己胺和催化剂BX405的混合物时，所述的N,N-二甲基环己胺与所述的催化剂BX405的重量比为6:5；
和/或，
当所述的催化剂C为1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪和催化剂PT304的混合物时，所述的1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪与所述的催化剂PT304的重量比为1:1。
5.一种风力发电用浆叶的生产方法，其特征在于其包括下述步骤：将权利要求1～4任一项所述的聚氨酯组合聚醚与多苯基多亚甲基多异氰酸酯按质量比1:1～1：1.1的配比混合，然后浇注到闭合的中空玻璃钢浆叶或铝合金浆叶的空腔中发泡反应成型，即得风力发电用浆叶。
6.如权利要求5所述的风力发电用浆叶的生产方法，其特征在于：
所述的多苯基多亚甲基多异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
7.如权利要求5所述的风力发电用浆叶的生产方法，其特征在于：
所述的混合采用搅拌器进行搅拌混合，所述的搅拌的时间为8秒～12秒钟；
和/或，
所述的搅拌的速率为3000转/分钟～4000转/分钟；
和/或，
所述的中空玻璃钢浆叶或铝合金浆叶的空腔的温度为20℃～40℃；
和/或，
所述的浇注到闭合的中空玻璃钢浆叶或铝合金浆叶的空腔为从中空玻璃钢浆叶或铝合金浆叶的空腔中心位置浇注；
和/或，
所述的发泡为搅拌发泡或高压机发泡；
和/或，
所述的发泡的时间为10分钟～20分钟。
8.如权利要求7所述的风力发电用浆叶的生产方法，其特征在于：
所述的高压机发泡的物料温度控制在21℃～25℃，物料流量为150kg/s～300kg/s；
和/或，
所述的高压机发泡的压强控制在6MPa～9Mpa；
和/或，
所述的搅拌发泡的温度控制在21℃～25℃，
和/或，
所述的搅拌发泡的速度为3000转/分钟～4000转/分钟。
9.如权利要求5～8任一项所述的风力发电用浆叶的生产方法生产的风力发电用浆叶。
10.如权利要求9所述的风力发电用浆叶作为风力发电设备的应用。
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