潛伏性灌注樹脂在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用分析

張春愛，劉鮮紅

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

近年來，風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)電功率從幾兆瓦向十兆瓦等級(jí)不斷提高，這對(duì)葉片的長度提出更高要求，單支葉片長度不斷增大，最長達(dá)到百米左右。受大尺寸葉片制造工藝的限制，對(duì)風(fēng)電葉片的重要原材料——真空灌注樹脂[1]提出了更高要求。目前，環(huán)氧樹脂在在風(fēng)電行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛[2]，在大尺寸葉片的生產(chǎn)中，要求其灌注過程中前期粘度變化緩慢，以實(shí)現(xiàn)大尺寸灌注工藝。因此，市場上不斷開發(fā)出潛伏性環(huán)氧真空灌注樹脂，以適應(yīng)大尺寸風(fēng)電葉片灌注生產(chǎn)[3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：恒溫干燥箱，多通道測溫儀，粘度計(jì)，電子天平。

實(shí)驗(yàn)原料：潛伏性環(huán)氧樹脂主劑，3325A；潛伏性環(huán)氧樹脂固化劑，3325B。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

將潛伏性環(huán)氧樹脂主劑(3325A)和固化劑(3325B)按 100∶20比例手動(dòng)混合均勻，于 25℃真空干燥箱中測試樹脂凝膠時(shí)間與樹脂用量關(guān)系；測試樹脂粘度-時(shí)間曲線；測試樹脂溫度-粘度曲線；測試樹脂不同用量下溫度-時(shí)間曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂凝膠時(shí)間與樹脂用量關(guān)系

將混合均勻的潛伏性環(huán)氧樹脂裝入 1L圓柱形桶中，用量分別為 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)，于 30℃恒溫烘箱中測試其凝膠時(shí)間，測試結(jié)果如表1。

通過表 1發(fā)現(xiàn)，隨樹脂用量增加，樹脂凝膠時(shí)間不斷減小，說明樹脂高度的增加，不利于樹脂反應(yīng)過程熱量的釋放，導(dǎo)致樹脂反應(yīng)不斷加快。若樹脂高度控制在 5cm以下，其凝膠時(shí)間可保持在 200min以上，從而為真空灌注工藝提供更長的灌注時(shí)間。

表1 樹脂凝膠時(shí)間與樹脂用量關(guān)系Tab.1 Relationship between resin gel time and resin amount

2.2 樹脂粘度-時(shí)間曲線及樹脂溫度-粘度曲線

將 100g樹脂置于 100mL一次性杯中，樹脂高度為 7cm，置于 30℃烘箱恒溫環(huán)境中，測試其粘度-時(shí)間曲線和溫度-粘度曲線(圖1、圖2)。

圖1 100g樹脂粘度-時(shí)間曲線Fig.1 Resin viscosity-time curve for 100g

圖2 100g樹脂溫度-粘度曲線Fig.2 Resin temperature-viscosity curve for 100g

從100g樹脂粘度-時(shí)間曲線看，在210min內(nèi)粘度可保持在 1000mPa·s以下，最佳灌注時(shí)間為200min以內(nèi)，之后隨時(shí)間延長，樹脂粘度急劇升高，不利于灌注。從 100g樹脂溫度-粘度曲線來看，隨粘度升高，其溫度無明顯變化，環(huán)境溫度為 30℃時(shí)，樹脂反應(yīng)過程放熱使樹脂溫度保持在35℃左右，未出現(xiàn)急劇放熱，顯示此時(shí)放熱與散熱之間達(dá)到相對(duì)平衡。

2.3 樹脂不同用量下溫度-時(shí)間曲線

為研究樹脂使用過程中樹脂高度(用量)對(duì)放熱峰的影響，在 1L桶中分別盛裝 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)樹脂，置于30℃恒溫烘箱中，通過測試溫度-時(shí)間曲線，研究不同用量樹脂在使用過程中溫度隨時(shí)間的變化及放熱峰。

圖3 1L桶中樹脂不同高度下溫度-時(shí)間曲線Fig.3 Temperature-time curve of resin at different heights in 1L bucket

由圖3曲線可見，在180min以內(nèi)樹脂溫度可保持在 60℃以下，同時(shí)粘度變化緩慢，180～200min樹脂溫度急劇上升，直到出現(xiàn)放熱峰，觀察發(fā)現(xiàn)在該20min內(nèi)樹脂粘度急劇升高，在出現(xiàn)放熱峰同時(shí)樹脂會(huì)固化成塊狀。因此，樹脂的最佳灌注時(shí)間應(yīng)在180min以內(nèi)。樹脂放熱峰隨樹脂用量增加逐漸升高，當(dāng)樹脂用量為 100g、樹脂高度為 3cm 時(shí)，樹脂放熱不明顯，這是由于樹脂用量少，放熱與散熱之間易于平衡。因此結(jié)合實(shí)際應(yīng)用認(rèn)為，5cm 高度以上樹脂放熱峰曲線更有實(shí)際意義。當(dāng)樹脂高度為 5cm以上時(shí)，隨樹脂用量增加，放熱峰逐漸升高，均達(dá)到200℃以上，樹脂用量越多，放熱速度越趨急劇。

3 結(jié) 論

潛伏性環(huán)氧灌注樹脂(3325A/3325B)具有前期反應(yīng)速度極其緩慢、后期反應(yīng)速度劇增的特點(diǎn)，使其在應(yīng)用過程前期粘度變化緩慢、溫度上升緩慢，結(jié)合生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際需求，可保證在前180min內(nèi)有較好的灌注性能；同時(shí)，由于該樹脂后期反應(yīng)迅速，導(dǎo)致樹脂粘度急劇升高、放熱急劇加快、溫度急劇升高。因此，潛伏性環(huán)氧灌注樹脂(3325A/3325B)可為大型葉片的前期灌注提供較長的灌注時(shí)間，但需將灌注過程控制在180min以內(nèi)，以便順利完成灌注。