CN112724628B - 一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料 - Google Patents
一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，将带碳碳双键的反应型受阻胺光稳定剂作为聚合单体之一，在聚合过程中将反应型受阻胺光稳定剂引入到苯乙烯‑丙烯腈‑丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂的分子链上。与普通的ASA树脂相比，分子链上引入受阻胺光稳定剂的ASA树脂具有本征耐光老化的特性，同时其力学性能和加工性能可以有效的保持，解决了传统添加型光稳定剂在使用过程中难分散、易流失的缺陷。这种本征型耐老化ASA树脂在风电叶片锯齿尾缘材料中具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，可显著提高材料的耐光老化性能，有效防止长期使用过程中耐老化效果的衰减，可应用于风能等新能源领域。
背景技术
近年来，随着风电机组安装越来越靠近居住区，风电机组噪声问题越来越受到重视。研究表明：风电机组的主要噪声来自于叶尖70％-95％区域；叶片的噪声主要来自尾缘噪声。采用尾缘锯齿设计可改变尾涡结构，进而减小了噪声的远场辐射。目前尾缘锯齿使用的主要材料是ASA树脂及ASA树脂与其他树脂的合金。
ASA是由苯乙烯、丙烯腈和丙烯酸酯类橡胶体共聚而成。ASA具有优良的机械物理性能，着色性能好，颜色可多样化、耐候性、抗静电、耐高温；使用ASA塑料加工的制品，不用喷涂涂装、电镀等方面的防护，可直接在户外使用，在日光下暴晒9-15个月，冲击强度和伸长率几乎没有下降，颜色也几乎没有改变。
聚碳酸酯PC具有较高的玻璃化转变温度和熔点，透明且具有很好的尺寸稳定性，同时PC的缺点也非常明显，如加工流动性差、易应力开裂和不耐水解等。为了改善PC的这些缺点，通常将PC与其他高分子材料共混，如PC/ASA合金、PC/ABS合金等。其中 PC/ASA合金可以显著提高PC的户外耐候性、抗静电性以及染色性。因此，PC/ASA合金成为风电叶片锯齿尾缘的理想材料。然而，由于PC自身的光稳定性较差，而常用的添加型光稳定剂由于在使用过程中容易迁移到制品表面甚至产生流失，造成PC/ASA合金材料的长期光稳定效果较差，无法满足风电叶片锯齿尾缘材料长期使用的要求。
本发明提出将带碳碳双键的反应型受阻胺光稳定剂作为聚合单体之一，在聚合过程中将反应型受阻胺光稳定剂引入到苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂的分子链上，从而形成了本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂。与普通的ASA树脂相比，分子链上引入受阻胺光稳定剂的ASA树脂具有本征耐光老化的特性，同时其力学性能和加工性能可以有效的保持，解决了传统添加型光稳定剂在使用过程中难分散、易流失的缺陷。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料及其制备方法，开发可同时提高热塑性聚氨酯弹性体的强度、韧性和耐磨性能的改性技术。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，其特征在于，该材料包括：聚碳酸酯和本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂，其中本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂是在ASA树脂的分子链上引入反应型受阻胺光稳定剂而形成的共聚物，所述本征型耐老化ASA树脂在上述材料中的比例为1-50wt％，聚碳酸酯的比例为50-99wt％。
进一步的，本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂中，其反应型受阻胺稳定剂的比例为0.1-10wt％。
所述的反应型受阻胺稳定剂，包括丙烯酸丁酯接枝受阻胺，甲基丙烯酸丁酯接枝受阻胺等。
进一步的，所述的本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物(ASA)树脂，制备方法主要包括以下几个步骤：
1).依次加入去离子水、乳化剂、引发剂、丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯接枝受阻胺，通氮气保护并搅拌均匀。将恒温水浴升温至预设温度，反3-4小时，反应结束得聚丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物胶乳；
2).然后，将接枝单体苯乙烯和丙烯腈及含相应乳化剂的预乳化液混合物分两次加入，间隔时间为1小时；控制反应温度在65-80度，反应4小时，冷却卸料，并用无水氯化钙进行凝聚和破乳，即可制得以丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物为核、硬质单体苯乙烯和丙烯腈混合物为壳的本征型耐老化ASA共聚物树脂。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方案
对比例1
a).依次加入去离子水、乳化剂、引发剂、丙烯酸丁酯，通氮气保护并搅拌均匀。将恒温水浴升温至60℃，反应3-4小时，反应结束得聚丙烯酸丁酯胶乳；
b).然后，将接枝单体苯乙烯和丙烯腈及含相应乳化剂的预乳化液混合物分两次加入，间隔时间为1小时；控制反应温度在65-80℃，反应4小时，冷却卸料，并用无水氯化钙进行凝聚和破乳，即可制得以丙烯酸丁酯为核、硬质单体苯乙烯和丙烯腈混合物为壳的ASA树脂；
c).然后将ASA树脂与PC树脂按照30∶70的重量比进行熔融共混加工，并加入紫外吸收剂 328和944(比例分别为0.3wt％和0.3wt％)，得到PC/ASA合金。
实施例1
a).依次加入去离子水、乳化剂、引发剂、丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯接枝受阻胺，其中丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯接枝受阻胺单体的重量比为95∶5，通氮气保护并搅拌均匀。将恒温水浴升温至60℃，反应3-4小时，反应结束得聚丙烯酸丁酯接枝受阻胺胶乳；
b).然后，将接枝单体苯乙烯和丙烯腈及含相应乳化剂的预乳化液混合物分两次加入，间隔时间为1小时；控制反应温度在65-80℃，反应4小时，冷却卸料，并用无水氯化钙进行凝聚和破乳，即可制得以聚丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物为核、硬质单体苯乙烯和丙烯腈共聚物为壳的本征型耐老化ASA树脂，本征型抗老化ASA共聚物树脂的结构式如下结构式(1)；
c).然后将本征型耐老化ASA树脂与PC树脂按照30∶70的重量比进行熔融共混加工，得到本征型耐老化PC/ASA合金。
结构式(1)
实施例2
a).依次加入去离子水、乳化剂、引发剂、丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯接枝受阻胺，其中丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯接枝受阻胺单体的重量比为90∶10，通氮气保护并搅拌均匀。将恒温水浴升温至60℃，反应3-4小时，反应结束得聚丙烯酸丁酯接枝受阻胺胶乳；
b).然后，将接枝单体苯乙烯和丙烯腈及含相应乳化剂的预乳化液混合物分两次加入，间隔时间为1小时；控制反应温度在65-80℃，反应4小时，冷却卸料，并用无水氯化钙进行凝聚和破乳，即可制得以聚丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物为核、硬质单体苯乙烯和丙烯腈共聚物为壳的本征型耐老化ASA树脂；
c).然后将本征型耐老化ASA树脂与PC树脂按照30∶70的重量比进行熔融共混加工，得到本征型耐老化PC/ASA合金。
对比例1、实施例1和2所得到PC/ASA合金材料的主要力学性能如表1所示。受阻胺光稳定剂引入到ASA树脂的分子链，导致PC/ASA合金材料的冲击强度和断裂伸长率略有下降，拉伸强度和模量均有所提高，材料的力学性能均可以满足风电叶片锯齿尾缘材料的要求。
重点对比了PC/ASA合金材料在紫外加速老化前后力学性能的变化。如表2所示，对比例1中使用添加型有机光稳定剂的PC/ASA合金材料在紫外老化后的强度下降均超过20％，伸长率下降超过10％，无法满足长期使用的要求。而实施例1和实施例2中使用本征型抗老化ASA树脂的PC/ASA合金材料，强度和伸长率基本可以有效的保持，下降幅度均未超过5％。以上结果表明，本征型抗老化ASA树脂的长期抗老化效果明显优于普通的添加型有机光稳定剂，可以作为一种具有优异耐候性的风电叶片锯齿尾缘材料来使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
表1.三种风电锯齿尾缘材料的主要力学性能
表2.三种风电锯齿尾缘材料的耐老化性能(用UVB，辐射功率0.45W/m2，照射时间1000h)
Claims (4)
1.一种基于本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，其特征在于，该材料包括：聚碳酸酯和本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂，所述本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂在上述材料中的比例为1-50wt％，聚碳酸酯的比例为50-99wt％；
其中本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂是在ASA树脂的分子链上引入反应型受阻胺光稳定剂而形成的共聚物，所述共聚物的制备方法包括以下几个步骤：
1)依次加入去离子水、乳化剂、引发剂、丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯接枝受阻胺，通氮气保护并搅拌均匀，将恒温水浴升温至50-80℃，反应3-4小时，反应结束得聚丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物胶乳；
2)然后，将接枝单体苯乙烯和丙烯腈及含相应乳化剂的预乳化液混合物分两次加入，间隔时间为1小时；控制反应温度在65-80℃，反应4小时，冷却卸料，并用无水氯化钙进行凝聚和破乳，即可制得以丙烯酸丁酯-受阻胺共聚物为核、硬质单体苯乙烯和丙烯腈混合物为壳的本征型耐老化ASA共聚物树脂。
2.根据权利要求1所述的本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，其特征在于，本征型耐老化苯乙烯-丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂中，其反应型受阻胺稳定剂的比例为0.1-10wt％。
3.根据权利要求1所述的本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，其特征在于，步骤1)中，丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯接枝受阻胺单体的重量比为95∶5。
4.根据权利要求1所述的本征型耐老化聚合物的风电叶片锯齿尾缘材料，其特征在于，步骤1)中，丙烯酸丁酯和丙烯酸丁酯接枝受阻胺单体的重量比为90∶10。
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