CN106833475B - 一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶及其制备方法，兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，由A、B组分按质量比100:40‑100:50组成，本发明兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶有效解决了现有技术中环氧粘接胶的强度和韧性不能同时兼顾的问题，改进了环氧树脂的结晶性，增强了环氧树脂固化产物的韧性，使其固化产物在满足兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的基础上，抗疲劳强度大大提高，胶体耐海水、盐雾等介质腐蚀性能得到显著的提升，满足了兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的使用要求。

Description

一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶及其制备方法，属于粘接胶领域。

背景技术

近年来，随着全球范围内对能源需求的持续增长，而化石能源的不可再生性及其大量使用带来严峻的环境问题，促使新能源行业爆发增长。其中风力发电由于其可再生性、容量巨大、无污染和综合治理成本较低等优点，收到世界各国越来越多的关注。根据全球风能理事会的统计，2014年全球风电新增装机容量达到51477MW。在最新的十三五规划中，风能作为能源结构调整中的重要角色，计划装机量2.5亿千瓦。但是随着风电产业的成熟，制造工艺的提升，发电端的成本要求不断降低，再加上风场资源的有限性，促使如今的风力发电单机功率不断增大，功率从最初的500kw，到如今已增大到8000kw，叶片长度也在不断增加，预计未来将会超过100米。这就对风能叶片合模结构胶提出新的要求，在具备高强度的同时，还必须具备高的断裂伸长率。

目前国内市场主流的风能叶片胶是环氧类结构胶，其中迈图的135G3/137G产品被广泛的应用于风电市场，具有强度高，放热小，其断裂伸长率约为2.5％；目前国内康达的WD3135/WD3137产品也占据一定的市场，产品具有优异的触变性及机械物理性能，其断裂伸长率约3.0％。该系列产品主要应用于45.5m和56.6m的叶片合模过程。中国专利申请200910015026.2公开了一种风电级双组份环氧胶粘剂，虽然其一定程度提升了环氧胶粘剂的韧性，但并未解决强度问题。随着叶片的不断伸长，现有胶粘剂产品已不能完全满足使用要求，因此发明一种高断裂伸长率的风能结构胶就具有工业化需求和广阔的市场前景。

此外，在环氧体系中，高强度和高韧性是一对矛盾的性能，增强填料在增加体系强度的同时，往往会引起韧性降低，降低体系的断裂伸长率。在风能叶片结构胶应用中，如何实现机械强度和韧性的平衡是一个关键的问题。

发明内容

为了解决现有技术中环氧粘接胶强度和韧性不能同时兼顾的缺陷，本发明提供一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶及其制备方法，本发明兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶在风电叶片上下蒙皮合模时粘接使用，其固化产物在满足兆瓦级风电叶片合模胶性能要求的基础上，脆性降低韧性增强，抗疲劳性能大大提高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，由A、B组分按质量比100:40-100:50组成，

其中：A组分的原料包括：

B组分的原料包括：

增韧剂1#为反应型环氧增韧剂，增韧剂2#为反应型聚氨酯环氧增韧剂，偶联剂为硅烷偶联剂，所述份数为质量份数。

上述A组分和B组分中触变剂相同。

为了进一步兼顾兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的强度和韧性，增韧剂1#为QS-BE反应型环氧增韧剂；增韧剂2#为ATBN X168增韧剂或卡内卡公司橡胶增韧剂。

上述QS-BE即北京金岛骑士有限公司的QS-BE反应型环氧增韧剂；ATBN X168增韧剂购自深圳佳迪达公司；

为了进一步提高兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的粘结强度，偶联剂为硅烷偶联剂KH560或KH-570。

为了进一步促进各组分之间的协同效应，增强消泡效果，提高兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的强度，消泡剂为BYK A530消泡剂或BYK A525消泡剂。

BYK A530消泡剂即德国毕克化学公司生产的BYK牌A530消泡剂。

为了进一步兼顾兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的强度和韧性，触变剂为白炭黑或白炭黑与膨润土质量比为50:(50±5)的混合物。进一步优选，触变剂为WACKER H18。

为了促进各组分之间的协同效应，进一步兼顾兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的强度和韧性，润湿分散剂为BYK W9901。

本申请选择环氧树脂E-44，为了增加在潮湿环境下胶体与底材的粘结力，同时加入部分E-51环氧树脂和双酚F环氧树脂适当提升改善胶体的交联密度，同时在降低了在气温较低时的树脂粘度；同时加入了QS-BE和ATBNX168作为增韧剂，改善了环氧树脂的脆性并降低树脂的粘度，与环氧树脂和固化剂均能很好的互溶；活性硅微粉和活性碳酸钙复配后作为填料，以提高胶体的粘结强度、交联强度；选用的偶联剂KH560以提高粘结强度；采用的消泡剂为BYK A-530，消泡效果好；通过各组分之间意想不到的协同效应，使环氧粘接胶的强度和韧性同时得到了保证，抗疲劳性能大大提高。

为了进一步保证兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的综合性能，优选，环氧树脂E-44为15-20份，环氧树脂E-51为15-20份，聚醚胺固化剂D230为7-10份，聚酰胺类固化剂Versamid140为35-40份，所述份数为质量份数。

上述兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的制备方法，

A组分的制备：包括顺序相接的如下步骤：

A1：将环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂、环氧树脂E-20、增韧剂1#、增韧剂2#、偶联剂、消泡剂和润湿分散剂，搅匀；

A2：将触变剂加入步骤A1所得的物料中，高速分散使其形成触变性；

A3：将玻璃纤维粉、活性硅微粉和活性碳酸钙粉加入步骤A2所得的物料中，搅匀、抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装；

B组分的制备：包括顺序相接的如下步骤：

B1：将聚醚胺固化剂D230、聚醚胺固化剂T5000和聚酰胺固化剂Versamid140，搅匀；

B2：将触变剂加入步骤B1所得的物料中，高速分散使其形成触变性；

B3：将活性硅微粉加入步骤B2所得的物料中，搅匀、抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装；

将A、B组分灌装完毕后，通过自动混胶设备混合挤出，即获得兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶。

步骤A2和步骤B2中的高速为线切割速度≥10m/s的速度。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶有效解决了现有技术中环氧粘接胶的强度和韧性不能同时兼顾的问题，改进了环氧树脂的结晶性，增强了环氧树脂固化产物的韧性，使其固化产物在满足兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的基础上，抗疲劳强度大大提高，胶体耐海水、盐雾等介质腐蚀性能得到显著的提升，满足了兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的使用要求。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例中，增韧剂1#为北京金岛骑士有限公司的QS-BE反应型环氧增韧剂；增韧剂2#为深圳佳迪达公司的ATBN X168；偶联剂的型号为KH560；消泡剂为德国毕克化学公司生产的BYK牌A530消泡剂；实施例1的触变剂为白炭黑WACKER H18，实施例2的触变剂为白炭黑WACKER H18与膨润土BYK7305的质量比为50:50的混合物，各例中A组分和B组分中触变剂相同；润湿分散剂为BYK W9901。

实施例1

兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的原料组分包括：

A组分，按重量份数计算：

B组分，按重量份数计算：

兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的制备如下：

第一步，A组分的配制：将重量份数为20份的环氧树脂E-44，20份的环氧树脂E-51，15份的双酚F型环氧树脂，5份的环氧树脂E-20，5份的增韧剂1#，5份的增韧剂2#，0.8份的偶联剂，0.3份的消泡剂，0.3份的润湿分散剂，加入搅拌釜中，搅拌均匀；加入6份的触变剂，高速(线切割速度≥10m/s)分散使其形成触变性；加入20份玻璃纤维粉，20份的活性硅微粉，10份的活性碳酸钙粉，搅拌使其分散均匀，抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装。

第二步，B组分的配制：将重量份数为10份的聚醚胺固化剂D230，2份的聚醚胺固化剂T5000，40份的聚酰胺固化剂Versamid140加入搅拌釜中，搅拌均匀；加入3份的触变剂，高速分散(线切割速度≥10m/s)使其形成触变性；加入15份的活性硅微粉，搅拌使其分散均匀，抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装。

第三步，将A、B组分灌装完毕后，通过自动混胶设备混合挤出，即获得兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其中A、B组分的重量比为100:45。

本发明的使用方法：使用时将罐装好的A/B组分胶体，通过双组份自动混胶设备，再通过静态混合管挤出，即可直接涂在叶片蒙皮待涂覆的位置即可。

实施例2

兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的原料组分包括：

A组分，按重量份数计算：

B组分，按重量份数计算：

兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的制备如下：

第一步，A组分的配制：将重量份数为10份的环氧树脂E-44，30份的环氧树脂E-51，12份的双酚F型环氧树脂，2份的环氧树脂E-20，8份的增韧剂1#，2份的增韧剂2#，0.8份的偶联剂，0.3份的消泡剂，0.3份的润湿分散剂，加入搅拌釜中，搅拌均匀；加入7份的触变剂，高速分散(线切割速度≥10m/s)使其形成触变性；加入15份玻璃纤维粉，28份的活性硅微粉，12份的活性碳酸钙粉，搅拌使其分散均匀，抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装。

第二步，B组分的配制：将重量份数为8份的聚醚胺固化剂D230，5份的聚醚胺固化剂T5000，35份的聚酰胺固化剂Versamid140加入搅拌釜中，搅拌均匀；加入3.5份的触变剂，高速分散(线切割速度≥10m/s)使其形成触变性；加入20份的活性硅微粉，搅拌使其分散均匀，抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装。

第三步，将A、B组分灌装完毕后，通过自动混胶设备混合挤出，即获得兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其中A、B组分的重量比为100:40。

本发明的使用方法：使用时将罐装好的A/B组分胶体，通过双组份自动混胶设备，再通过静态混合管挤出，即可直接涂在叶片蒙皮待涂覆的位置即可。

不同实施例固化物性能。

从上表的数据可知，相对于对比的产品，实施例的拉伸强度、断裂伸长率、拉剪强度、冲击强度、立面堆高和疲劳性能都维持在很高的水平。复配的增韧体系和大分子量聚醚胺T5000的加入都有效的提高了固化物的断裂伸长率，同时保持拉伸强度、拉伸模量在较高的水平。

Claims (9)

1.一种兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：由A、B组分按质量比100:40-100:50组成，

其中：A组分的原料包括：

B组分的原料包括：

偶联剂为硅烷偶联剂，所述份数为质量份数；

增韧剂1#为QS-BE反应型环氧增韧剂，增韧剂2#为ATBN X168增韧剂。

2.如权利要求1所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：偶联剂为硅烷偶联剂KH560或KH-570。

3.如权利要求1所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：消泡剂为BYK A530消泡剂或BYK A525消泡剂。

4.如权利要求1所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：触变剂为白炭黑或白炭黑与膨润土质量比为50:(50±5)的混合物。

5.如权利要求4所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：触变剂为WACKERH18。

6.如权利要求1所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：润湿分散剂为BYKW9901。

7.如权利要求1所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶，其特征在于：环氧树脂E-44为15-20份，环氧树脂E-51为15-20份，聚醚胺固化剂D230为7-10份，聚酰胺固化剂Versamid140为35-40份，所述份数为质量份数。

8.权利要求1-7任意一项所述的兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶的制备方法，其特征在于：

A组分的制备：包括顺序相接的如下步骤：

A1：将环氧树脂E-44、环氧树脂E-51、双酚F型环氧树脂、环氧树脂E-20、增韧剂1#、增韧剂2#、偶联剂、消泡剂和润湿分散剂，搅匀；

A2：将触变剂加入步骤A1所得的物料中，高速分散使其形成触变性；

A3：将玻璃纤维粉、活性硅微粉和活性碳酸钙粉加入步骤A2所得的物料中，搅匀、抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装；

B组分的制备：包括顺序相接的如下步骤：

B1：将聚醚胺固化剂D230、聚醚胺固化剂T5000和聚酰胺固化剂Versamid140，搅匀；

B2：将触变剂加入步骤B1所得的物料中，高速分散使其形成触变性；

B3：将活性硅微粉加入步骤B2所得的物料中，搅匀、抽真空后再进行喷淋脱泡，然后进行灌装；

将A、B组分灌装完毕后，通过自动混胶设备混合挤出，即获得兆瓦级风电叶片用环氧粘接胶。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤A2和步骤B2中的高速为线切割速度≥10m/s的速度。