DQ230E灌注環(huán)氧樹脂性能表征

鄧樹斌　江一杭

摘要：對(duì)DQ230E灌注環(huán)氧樹脂性能進(jìn)行全面表征。測(cè)試結(jié)果表明，與DQ200E灌注環(huán)氧樹脂相比，DQ230E灌注環(huán)氧樹脂初始混合黏度更低，反應(yīng)活性近似，澆鑄體性能和FRP性能相當(dāng)。因此，DQ230E灌注環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能與DQ200E環(huán)氧樹脂相當(dāng)，而工藝性能更優(yōu)于DQ200E灌注環(huán)氧樹脂。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片；灌注；環(huán)氧樹脂

引言

真空灌注工藝是風(fēng)電葉片制造過程中廣泛采用的一種制造工藝1。環(huán)氧樹脂是風(fēng)電葉片最常見的原材料，因?yàn)橄鄬?duì)于不飽和聚酯樹脂和乙烯基樹脂，環(huán)氧樹脂具有更小的固化收縮，并同時(shí)具有更優(yōu)的耐疲勞性能等2。

目前國內(nèi)大型風(fēng)電葉片所使用的環(huán)氧樹脂的主要供應(yīng)商有邁圖、巴斯夫和陶氏等跨國公司，上緯和惠利等臺(tái)資企業(yè)，以及東汽樹脂等大陸企業(yè)。其中東汽樹脂的DQ200E灌注環(huán)氧樹脂黏度低、操作時(shí)間長、力學(xué)性能良好，耐疲勞性能優(yōu)異，已大批量應(yīng)用，共生產(chǎn)了約3000套風(fēng)電葉片并在風(fēng)場穩(wěn)定運(yùn)行3。DQ230E灌注環(huán)氧樹脂是東汽樹脂所開發(fā)的新一代灌注環(huán)氧樹脂，本文對(duì)比測(cè)試了DQ230E樹脂和DQ200E灌注環(huán)氧樹脂的工藝性能、澆鑄體性能和FRP性能。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

旋轉(zhuǎn)流變儀：英國Malvern CVO 9000； 示差掃描量熱儀（DSC）：德國Netzsch 200F3；

凝膠時(shí)間測(cè)定儀：美國Shyodu GT-S； 萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)：日本Shimadzu ACIC-100KN；

疲勞試驗(yàn)機(jī)：日本Shimadzu EHF-EM。

1.1.2 試劑

DQ200E環(huán)氧樹脂、DQ204H環(huán)氧固化劑、DQ230E環(huán)氧樹脂、DQ234H環(huán)氧固化劑：工業(yè)級(jí)，東方汽輪機(jī)有限公司；

單軸向玻璃纖維，UD1200，0°紗線1152g/m2，90°紗線36g/m2，紗線名稱Advantex-SE1500，歐文斯科寧，工業(yè)級(jí)；

雙軸向玻璃纖維，BX806，+45°紗線401g/m2，-45°紗線401g/m2，紗線名稱Advantex-SE1500，歐文斯科寧，工業(yè)級(jí)；

1.2 測(cè)試方法

黏度：參照GB/T 22314方法，使用旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行測(cè)試，所用轉(zhuǎn)子為40mm4°錐板，測(cè)試最小間隙為150μm。

凝膠時(shí)間和放熱峰：參照GB/T 12007.7方法，使用凝膠時(shí)間測(cè)定儀測(cè)試凝膠時(shí)間，實(shí)時(shí)溫度記錄儀測(cè)定放熱峰，試樣用量為100g，測(cè)試溫度為23℃±2℃。

澆鑄體力學(xué)性能：參照GB/T 2567方法進(jìn)行測(cè)試，其中壓縮采用Ⅰ型試樣，沖擊采用Ⅱ型試樣。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：參照GB/T 19466.2方法進(jìn)行測(cè)試，升溫速率為10℃/min，取第一次掃描測(cè)得的Tmg值；

體積收縮率：參照ISO 3521方法進(jìn)行測(cè)試。

2.結(jié)果與討論

2.1 黏度

黏度是風(fēng)電葉片環(huán)氧樹脂工藝性能的重要指標(biāo)。根據(jù)達(dá)西定律，環(huán)氧樹脂在玻璃纖維織物中的流動(dòng)速率為 ，其中K為玻璃纖維織物的滲透率，A為流動(dòng)截面積，η為流體黏度，P為壓力，L為流動(dòng)方向距離，ρ為流體密度，g為重力常數(shù)，θ為流動(dòng)方向與水平方向的夾角。與環(huán)氧樹脂本身性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)為η和ρ，而常見環(huán)氧樹脂的ρ基本相當(dāng)，因此η對(duì)環(huán)氧樹脂在玻璃纖維織物中流動(dòng)速率影響最大。η越大，流動(dòng)速率越小，灌注葉片所需時(shí)間越長，甚至可能發(fā)生灌注完成前環(huán)氧樹脂凝膠導(dǎo)致整只葉片報(bào)廢的事故4。

2.2 反應(yīng)活性

由于環(huán)氧樹脂和環(huán)氧固化劑混合后立即發(fā)生聚合反應(yīng)，混合物黏度將不斷增加，因此灌注過程中環(huán)氧樹脂黏度是不斷變化的。該黏度不僅受初始混合黏度的影響，還受反應(yīng)活性的影響。若初始混合黏度較小，而反應(yīng)活性較大，環(huán)氧樹脂黏度很快增大，其工藝性能仍較差。

常用作評(píng)價(jià)環(huán)氧樹脂樹脂反應(yīng)活性的參數(shù)有凝膠時(shí)間、放熱峰等。

結(jié)論：DQ230E/DQ234H凝膠時(shí)間與DQ200E/DQ204H基本相當(dāng)。其中DQ230E/DQ234H的凝膠時(shí)間略短，這說明DQ230E/DQ234H的反應(yīng)活性與DQ200E/DQ204H環(huán)氧樹脂基本相當(dāng)，略高于DQ200E/DQ204H。

DQ230E/DQ234H和DQ200E/DQ204H環(huán)氧樹脂在23℃下的放熱峰。兩者的放熱峰時(shí)間和溫度基本一致，其中DQ230E/DQ234H的放熱峰溫度略高，放熱峰時(shí)間略短，說明其反應(yīng)活性略高，與凝膠時(shí)間的測(cè)試結(jié)果一致。

2.3 澆鑄體性能

澆鑄體性能直接反應(yīng)環(huán)氧樹脂固化后的性能，通常從強(qiáng)度、模量、韌性、耐熱溫度、固化體積收縮、吸水性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

結(jié)論：DQ230E/DQ234H的澆鑄體性能與DQ200E/DQ204H相當(dāng)，均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 FRP性能

風(fēng)電葉片中環(huán)氧樹脂和玻璃纖維織物最終以FRP的形式存在，葉片設(shè)計(jì)時(shí)更關(guān)注FRP性能，它既反應(yīng)了環(huán)氧樹脂固化后的性能，又反應(yīng)了玻璃纖維織物的性能以及環(huán)氧樹脂與玻璃纖維織物的匹配性。

結(jié)論：DQ230E/DQ234H的FRP性能與DQ200E/DQ204H相當(dāng)。

3.總結(jié)

與DQ200E相比，DQ230E灌注環(huán)氧樹脂的初始混合黏度更低，反應(yīng)活性近似，澆鑄體性能和FRP性能相當(dāng)。因此，DQ230E灌注環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能與DQ200E環(huán)氧樹脂相當(dāng)，而工藝性能更優(yōu)于DQ200E灌注環(huán)氧樹脂。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉飛；蔡智奇；文秀芳，皮丕輝，程江；楊卓如，風(fēng)輪葉片樹脂與成型工藝研究進(jìn)展，化工新型材料2012，40（1），31～34.

[2]Brondsted，P.；Lilholt，H.；Lystrup，A.，Composite Materials for Wind Power Turbine Blades. Annual Review of Materials Research 2005，35，505-538.

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[4]楊紅；茍鵬飛；周百能，低黏度灌注環(huán)氧樹脂體系工藝性能研究。東方汽輪機(jī)2014，（02），68-73.