CN113121883A - 风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法 - Google Patents

风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法 Download PDF

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蒋旭玲
白成坡
白朋立
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Abstract

本发明属于风电叶片制造技术领域，具体涉及一种风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法；其中，所述聚丙烯用成核剂的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将纳米羟基磷灰石加入到高速搅拌捏合机中；步骤S2，常温条件下，向高速搅拌捏合机中分批加入异氰酸酯，制得反应浆料；步骤S3，将所述反应浆料置于常温常压下进行反应，制得有机化改性的羟基磷灰石。本发明的有机化改性的羟基磷灰石作为聚丙烯的成核剂，提高了羟基磷灰石与聚丙烯的相容性；将其用于聚丙烯的制备，并将该聚丙烯用于大型风电叶片的辅材制备，防止了风电叶片制备中树脂固化高温放热导致的辅材熔融漏气，避免了叶片制备过程中事故的发生。

Description

风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法
技术领域
本发明属于风电叶片制造技术领域，具体涉及一种风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法。
背景技术
风能是一种清洁无公害的可再生能源。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算)，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。随着陆地风电的逐步饱和，海上风电成为可再生能源发展的发展方向，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。
风电叶片的生产制造过程中，往往需要将树脂注入到模具中，而在树脂固化成型中会大量放热。随着陆上风电的逐步饱和，海上风电成为后期的重点发展方向，而海上风电叶片也有原来陆上风电叶片的42米增加值90米甚至100米以上。长度的增加意味着叶片强度要求的提高，因此叶片厚度大大增强，而树脂放热温度极限温度达到180℃。因此，其使用的辅助材料需要具有更高的耐温性能。
发明内容
本发明提供了一种风电辅材用耐高温高透明聚丙烯及其成核剂、制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚丙烯用成核剂的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将纳米羟基磷灰石加入到高速搅拌捏合机中；步骤S2，常温条件下，向高速搅拌捏合机中分批加入异氰酸酯，制得反应浆料；步骤S3，将所述反应浆料置于常温常压下进行反应，制得有机化改性的羟基磷灰石。
第二方面，本发明还提供了一种聚丙烯用成核剂，所述成核剂为有机化改性的羟基磷灰石；其中所述有机化改性的改性剂为异氰酸酯，以在羟基磷灰石表面形成长链烷基。
第三方面，本发明还提供了一种耐高温高透明聚丙烯的制备方法，将聚丙烯、成核剂分别采用料斗加料、侧向加料的加料方式加入挤出机中，挤出后制得耐高温高透明聚丙烯。
第四方面，本发明还提供了一种耐高温高透明聚丙烯，包括：0.5～5wt％的成核剂；所述成核剂适于采用如前所述的成核剂。
本发明的有益效果是，本发明的有机化改性的羟基磷灰石作为聚丙烯的成核剂，在羟基磷灰石表面形成长链烷基，减少了羟基磷灰石表面的羟基，提高了羟基磷灰石与聚丙烯的相容性；将其用于聚丙烯的制备，制得一种同时具有耐高温和良好透明性的聚丙烯材料；将该聚丙烯用于大型风电叶片的辅材制备，防止了风电叶片制备中树脂固化高温放热导致的辅材熔融漏气，避免了叶片制备过程中事故的发生。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前在风电叶片的生产制造过程中，为了提高辅材的耐热温度，一般采用热固性玻璃钢材质制备辅材管道，但热固性玻璃钢不透明，无法观察内部树脂溶液的流动状态，防止树脂倒流。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚丙烯用成核剂的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，将纳米羟基磷灰石加入到高速搅拌捏合机中；步骤S2，常温条件下，向高速搅拌捏合机中分批加入异氰酸酯，制得反应浆料；步骤S3，将所述反应浆料置于常温常压下进行反应，制得有机化改性的羟基磷灰石。
其中，可选的，所述异氰酸酯为脂肪族单异氰酸酯，以防止使用多元异氰酸酯对羟基磷灰石进行有机化改性时，造成大量异氰酸酯基残留，影响聚丙烯的成核效率和成核效果。
可选的，所述异氰酸酯与羟基磷灰石的质量比为：0.1～1：1。
具体的，制备所述有机化改性的羟基磷灰石的反应机理为：
Figure BDA0003030308460000031
进一步的，本发明还提供了一种聚丙烯用成核剂，所述成核剂为有机化改性后的羟基磷灰石；其中所述有机化改性的改性剂为异氰酸酯，以在羟基磷灰石表面形成长链烷基。
具体的，通过对羟基磷灰石进行有机化改性，在羟基磷灰石表面形成长链烷基，减少了羟基磷灰石表面的羟基数量，提高了羟基磷灰石与聚丙烯的相容性。
其中，可选的，所述异氰酸酯的结构式为CH3-(CH2)n-N＝C＝O，其中n的取值为1～18，以在羟基磷灰石表面形成长链烷基。
进一步的，本发明还提供了一种耐高温高透明聚丙烯的制备方法，将聚丙烯、成核剂分别采用料斗加料、侧向加料的加料方式加入挤出机中，挤出后制得耐高温高透明聚丙烯。
其中，可选的，所述成核剂与聚丙烯的质量份数比为0.005～0.05：1。
进一步的，本发明还提供了一种耐高温高透明聚丙烯，包括：0.5～5wt％的成核剂；其中所述成核剂适于采用如前所述的成核剂。
实施例1-1
取1质量份的粒径D95为500nm的羟基磷灰石(HAP)加入到高速搅拌捏合机中；常温下向所述高速搅拌捏合机中分批加入0.25质量份的正丙基异氰酸酯，保持常温常压搅拌捏合20分钟，得到正丙酸改性羟基磷灰石，即正丙基异氰酸酯25-HAP500。
将1.25质量份的聚丙烯(PP)粒子、1.25质量份的正丙基异氰酸酯25-HAP500成核剂分别采用料斗加料、侧向加料的加料方式加入双螺杆挤出机中，按照表1中的温度设置控制双螺杆挤出机中各区的温度，挤出切粒后干燥得到改性聚丙烯粒子。
表1双螺杆挤出机中各区的温度
I区 II区 III区 IV区 V区 VI区 VII区 VIII区 IX区 模头
90℃ 150℃ 160℃ 170℃ 180℃ 180℃ 175℃ 170℃ 165℃ 160℃
其余各实施例及对比例均按照实施例1中的加工方式，将其余各实施例及对比例中原料种类及配比汇总于表2。
表2各实施例及对比例中原料种类及配比
Figure BDA0003030308460000041
Figure BDA0003030308460000051
取60g各实施例及对比例中制得的改性聚丙烯粒子在180℃下压制成0.5mm薄片，测试相关性能，并将性能数据汇总于表3中。
表3各实施例及对比例中制得的聚丙烯薄片的性能数据
Figure BDA0003030308460000052
Figure BDA0003030308460000061
由表3中数据可知，对羟基石灰石进行有机化改性后，用作聚丙烯的成核剂，提高了聚丙烯的耐高温性能和透光性能。
综上所述，本发明使用有机化改性的羟基磷灰石作为聚丙烯的成核剂，在羟基磷灰石表面形成长链烷基，减少了羟基磷灰石表面的羟基，提高了羟基磷灰石与聚丙烯的相容性；将其用于聚丙烯的制备，制得一种同时具有耐高温和良好透明性的聚丙烯材料；将该聚丙烯用于大型风电叶片的辅材制备，防止了风电叶片制备中树脂固化高温放热导致的辅材熔融漏气，避免了叶片制备过程中事故的发生。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种聚丙烯用成核剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将纳米羟基磷灰石加入到高速搅拌捏合机中；
步骤S2，常温条件下，向高速搅拌捏合机中分批加入异氰酸酯，制得反应浆料；
步骤S3，将所述反应浆料置于常温常压下进行反应，制得有机化改性的羟基磷灰石。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述异氰酸酯为脂肪族单异氰酸酯。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述异氰酸酯与羟基磷灰石的质量比为：0.1～1：1。
4.一种聚丙烯用成核剂，其特征在于，
所述成核剂为有机化改性的羟基磷灰石；其中
所述有机化改性的改性剂为异氰酸酯，以在羟基磷灰石表面形成长链烷基。
5.如权利要求4所述的成核剂，其特征在于，
所述异氰酸酯为脂肪族单异氰酸酯。
6.如权利要求4所述的成核剂，其特征在于，
所述脂肪族单异氰酸酯的结构式为CH3-(CH2)n-N＝C＝O，其中n的取值为1～18。
7.一种耐高温高透明聚丙烯的制备方法，其特征在于，
将聚丙烯、成核剂分别采用料斗加料、侧向加料的加料方式加入挤出机中，挤出后制得耐高温高透明聚丙烯。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，
所述成核剂与聚丙烯的质量比为0.005～0.05：1；其中
所述成核剂适于采用如权利要求4中所述的成核剂。
9.一种耐高温高透明聚丙烯，其特征在于，包括：
0.5～5wt％的成核剂；
所述成核剂适于采用如权利要求4所述的成核剂。
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