CN113637290A - 一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料及其制备方法，涉及复合材料的制备技术领域。包括以下步骤：(1)制备改性环氧树脂；(2)制备改性固化剂；(3)环氧树脂基复合材料的制备。本发明通过对双酚A环氧树脂进行改性，提高材料耐热性，同时使用增韧剂和复合促进剂改性甲基四氢苯酐，使得产品在拉挤过程中，能快速成型，极大提高生产效率，同时也提高了产品的抗疲劳特性，使得风电拉挤大梁寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料的制备技术领域，具体涉及一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料及其制备方法。
背景技术
在风力发电中，风电叶片是一种关键部件，质量好的风电叶片，能给风电带来更好的效益。为了能够提高发电效率，叶片质量的提升成为了研究的重点，而大梁能给叶片带来强有力的支撑，大梁的质量越好，叶片的性能越佳，改进大梁的质量进而成为了研究中的重点。
传统的风电大梁大多采用真空导入工艺，但此工艺过程繁琐、成本高且制备出来的材料性能低，因此利用拉挤工艺生产风电大梁应运而生。现有技术中所研发的用于生产风电大梁复合材料的玻璃化温度只能做到120℃，拉挤速度只能做到0.5m/min，拉挤速度一旦提高，复合材料的耐温性能和力学性能均会下降。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料，其玻璃化温度能达到137℃，拉挤速度可以达到0.9m/min，能满足风电大梁板所需的力学性能和抗疲劳性能。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性环氧树脂的制备：将双酚A环氧树脂、1,4-丁二醇二缩水甘油醚和酚醛环氧树脂加入反应釜中，升温至80-90℃，以40-60r/min转速搅拌混合60-90min，然后降温至60-70℃，加入润湿剂继续搅拌30-50min后，真空脱泡得到改性环氧树脂；
(2)改性固化剂的制备：将甲基四氢苯酐加入到反应釜中，搅拌升温至80-90℃，再加入多元醇增韧剂，搅拌2-4h，然后降温至40-50℃，加入复合促进剂，以40-60r/min转速保温搅拌60-90min，待溶解完全后，得到改性固化剂；
(3)环氧树脂基复合材料的制备：在40-50℃下预热改性环氧树脂，改性固化剂无需预热，然后把改性环氧树脂和改性固化剂按照一定质量比混合均匀后吸入模具中，控制10％-30％含胶量与增强纤维拉挤固化成型制得环氧树脂基复合材料，模具温度设定：第一段150-160℃预固化，第二段190-200℃基本固化，第三段170-180℃后固化。
优选地，步骤(1)中，原料按照重量份数计如下：双酚A环氧树脂为50-100份，1,4-丁二醇二缩水甘油醚为4-10份，酚醛环氧树脂为5-15份，润湿剂为0.5-2份。
优选地，步骤(2)中，原料按照重量份数计如下：甲基四氢苯酐为80-100份，多元醇增韧剂为5-20份，复合促进剂为2-5份。
优选地，所述多元醇增韧剂为陶氏化工增韧剂F-100或聚醚多元醇。
优选地，步骤(3)中，所述改性环氧树脂和改性固化剂的质量比为100：(103-107)。
优选地，所述的双酚A环氧树脂为E51双酚A环氧树脂。
优选地，所述酚醛环氧树脂分子量为100-400。
优选地，所述复合促进剂为四乙基溴化胺、苄基三乙基氯化铵、咪唑中的一种或多种。
优选地，所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维。
本发明还提供了一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过对双酚A环氧树脂进行改性，增强了树脂体系的热稳定性，可提高产品的耐热等级使得产品使用环境不受限；其次，玻璃化温度的提高也有利于拉挤固化温度的提高，使得固化速度增加，产品品质得到提高；
(2)本发明使用增韧剂对固化剂体系进行改性，提高复合材料的抗疲劳特性，极大的延长了风电拉挤大梁的使用寿命；
(3)本发明使用复合促进剂对固化剂进行改性，大幅度地提升了复合材料的拉挤成型速度，拉挤成型速度从现有技术中的0.5m/min可提高至0.9m/min；
(4)本发明拉挤固化工艺简单，可连续化机器生产，降低人工成本，同时纤维含量也得到提高，降低了材料成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
实施例1
(1)改性环氧树脂的制备：将E51双酚A环氧树脂50份、1,4-丁二醇二缩水甘油醚6份和分子量为200的酚醛环氧树脂13份加入反应釜中，升温至85℃，以50r/min转速搅拌混合60min，然后降温至60℃，加入1份润湿剂继续搅拌30min后，真空脱泡得到改性环氧树脂；
(2)改性固化剂的制备：将甲基四氢苯酐85份加入到反应釜中，搅拌升温至80℃，再加入12份陶氏化工增韧剂F-100，搅拌2h，使预反应得交联网状结构，然后降温至45℃，加入四乙基溴化胺3份，以50r/min转速保温搅拌60min，待溶解完全后，得到改性固化剂；
(3)在50℃下预热改性环氧树脂，改性固化剂无需预热，然后把改性环氧树脂和改性固化剂按照100:105质量比混合均匀后吸入模具中，控制20％含胶量与玻璃纤维拉挤固化成型制得环氧树脂基复合材料，模具温度设定：第一段155℃预固化，第二段190℃基本固化，第三段170℃后固化，拉挤速度设定为0.9m/min。
经过测定，本实施例所制备的环氧树脂基复合材料无起粉情况，表面直线度和平整度良好，拉伸强度为1420MPa，弯曲强度为1350MPa，TG为135℃。
实施例2
(1)改性环氧树脂组分的制备：将E51双酚A环氧树脂77份、1,4丁二烯二缩水甘油醚8份和分子量为200的酚醛环氧树脂14份加入到反应釜中，升温至85℃，以50r/min转速搅拌混合60min，降温至60℃，加入润湿剂1份继续搅拌30min后，真空脱泡得到改性环氧树脂；
(2)改性固化剂的制备：将甲基四氢苯酐84份加入到反应釜中，搅拌升温至80℃，再加入聚醚多元醇12份，搅拌2小时，使预反应得交联网状结构，后降温至45℃，加入苄基三乙基氯化铵4份，以50r/min转速保温搅拌60min，待溶解完全后，得到改性固化剂；
(3)在50℃下预热改性环氧树脂，改性固化剂无需预热，然后把改性环氧树脂和改性固化剂按照100:104质量比混合均匀后吸入模具中，控制20％含胶量与玻璃纤维拉挤固化成型得环氧树脂基复合材料，模具温度设定：第一段155℃预固化，第二段190℃基本固化，第三段170℃后固化，拉挤速度设定为0.9m/min。
经过测定，本实施例所制备的环氧树脂基复合材料无起粉情况，表面直线度和平整度良好，拉伸强度1410MPa，弯曲强度1360MPa，TG为136℃。
实施例3
(1)改性环氧树脂组分的制备：将E51双酚A环氧树脂74份、1,4丁二烯二缩水甘油醚10份和分子量为200的酚醛环氧树脂15份加入到反应釜中，升温至85℃，以50r/min转速搅拌混合60min，降温至60℃，加入润湿剂1份继续搅拌30min后，真空脱泡得到改性环氧树脂；
(2)改性固化剂的制备：将甲基四氢苯酐83份加入到反应釜中，搅拌升温至85℃，再加入聚醚多元醇13份，搅拌2小时，使预反应得交联网状结构，后降温至45℃，加入咪唑4份，以50r/min转速保温搅拌60min，待溶解完全后，得到改性固化剂。
(3)在50℃下预热改性环氧树脂，改性固化剂无需预热，然后把改性环氧树脂和改性固化剂按照100:106质量比混合均匀后吸入模具中，控制20％含胶量与玻璃纤维拉挤固化成型得复合材料，模具温度设定：第一段155℃预固化，第二段190℃基本固化，第三段170℃后固化，拉挤速度设定为0.9m/min。
经过测定，本实施例所制备的环氧树脂基复合材料无起粉情况，表面直线度和平整度良好，拉伸强度1450MPa，弯曲强度1360MPa，TG为137℃。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)改性环氧树脂的制备：将双酚A环氧树脂、1,4-丁二醇二缩水甘油醚和酚醛环氧树脂加入反应釜中，升温至80-90℃，以40-60r/min转速搅拌混合60-90min，然后降温至60-70℃，加入润湿剂继续搅拌30-50min后，真空脱泡得到改性环氧树脂；
(2)改性固化剂的制备：将甲基四氢苯酐加入到反应釜中，搅拌升温至80-90℃，再加入多元醇增韧剂，搅拌2-4h，然后降温至40-50℃，加入复合促进剂，以40-60r/min转速保温搅拌60-90min，待溶解完全后，得到改性固化剂；
(3)环氧树脂基复合材料的制备：在40-50℃下预热改性环氧树脂，改性固化剂无需预热，然后把改性环氧树脂和改性固化剂按照一定质量比混合均匀后吸入模具中，控制10％-30％含胶量与增强纤维拉挤固化成型制得环氧树脂基复合材料，模具温度设定：第一段150-160℃预固化，第二段190-200℃基本固化，第三段170-180℃后固化。
2.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，原料按照重量份数计如下：双酚A环氧树脂为50-100份，1,4-丁二醇二缩水甘油醚为4-10份，酚醛环氧树脂为5-15份，润湿剂为0.5-2份。
3.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，原料按照重量份数计如下：甲基四氢苯酐为80-100份，多元醇增韧剂为5-20份，复合促进剂为2-5份。
4.根据权利要求3所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述多元醇增韧剂为陶氏化工增韧剂F-100或聚醚多元醇。
5.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述改性环氧树脂和改性固化剂的质量比为100：(103-107)。
6.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双酚A环氧树脂为E51双酚A环氧树脂。
7.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述酚醛环氧树脂分子量为100-400。
8.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合促进剂为四乙基溴化胺、苄基三乙基氯化铵、咪唑中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维。
10.一种具有高玻璃化温度、快速成型的风电拉挤大梁用环氧树脂基复合材料，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得。
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Legal Events
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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