风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂及其制备方法。它由树脂部分和固化剂部分按100:40～50的重量比组合而成；所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：E51环氧树脂40～70份，双酚F环氧树脂0～20份，1,6‑己二醇二缩水甘油醚2～6份，气相二氧化硅5～10份，碳酸钙15～30份，石墨烯0～3份；所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：聚醚胺20～40份，聚酰胺20～40份，异佛尔酮二胺10～20份，气相二氧化硅5～10份，碳酸钙15～30份，石墨烯0～3份；所述环氧树脂部分和固化剂部分的石墨烯原料重量不能同时为0份。本发明专利技术能够同时兼顾优异的结构强度、韧性和固化热效应性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结构胶黏剂，具体是一种风电叶片、尤其是兆瓦级大型风电叶片用的含石墨烯结构胶黏剂，以及该胶黏剂的制备方法。
技术介绍
风电叶片为了能够高效率地、可靠地将风能转换成电能，其设计的结构尺寸向着大尺寸方向发展，这尤其以兆瓦级的大型风电叶片最为显著。风电叶片的常规设计结构主要由上壳体、剪切梁和下壳体三部分以粘接组合而成，它们粘接所用的胶黏剂为环氧结构胶黏剂。一般的环氧结构胶黏剂在用于风电叶片粘接时，其结构强度和韧性有所欠缺，满足不了风电叶片、尤其是兆瓦级的大型风电叶片所要求的高强度和高韧性的技术需要。因而，风电叶片所用的专用环氧结构胶黏剂通常为改性的环氧结构胶黏剂，例如中国专利文献公开的“一种风电级双组分环氧胶粘剂及其制备方法”(公开号：CN 101550325，公开日：2009年10月07日)、“一种用于风力发电叶片结构胶的改性环氧树脂及制备方法”(公开号：CN101525439，公开日：2009年09月09日)、“一种用于制造风力发电机叶片的环氧树脂胶粘剂及其制备方法”(公开号：CN 101851481A，公开日：2010年05月22日)等。这些改性环氧结构胶黏剂致力于解决上述结构强度和韧性低的技术问题，然而，由于结构强度和韧性本身就为相对矛盾的材料特性，现有的这些风电叶片用改性环氧结构胶黏剂往往顾此失彼，即它们通常只侧重于解决结构强度或者韧性，在结构强度提升的情况下韧性会随之下降，在韧性提升的情况下结构强度会随之下降。由此可见，现有风电叶片用环氧结构胶黏剂满足不了风电叶片、尤其是兆瓦级大型风电叶片所要求的高强度和高韧性的技术需要。此外，环氧结构胶黏剂在固化时，是以加热方式实现的。环氧结构胶黏剂在加热固化的过程中会发生放热反应，导致环氧结构胶黏剂的内部温度迅速升高，内部温度和表面温度出现差异化，进而使环氧结构胶黏剂产生热应力，这种热应力会导致环氧结构胶黏剂各处的膨胀和收缩变形不一致，最终的结果会使环氧结构胶黏剂的表面很容易产生各种细微裂纹。众所周知，服役的风电叶片在运行过程中需要受到巨大的载荷，而且需要长时间服役(通常规划20年左右的服役期)。现有环氧结构胶黏剂在用于风电叶片粘接时，一方面，其结构强度和韧性很难达到风电叶片、尤其是大型风电叶片的高标准技术需要；另一方面，环氧结构胶黏剂因加热固化所产生的表面微裂纹会随着服役时间和受力载荷的作用而逐渐扩大，进而会导致风电叶片的粘接区域发生破坏，最终导致整只叶片的破坏。综上所述，现有风电叶片粘接用的环氧结构胶黏剂，因其自身结构强度、韧性和固化热效应的不足，无法满足长时间服役、需要具有杰出结构强度和韧性的风电叶片、尤其是大型风电叶片的高标准技术要求，限制了兆瓦级大型风电叶片的设计开发。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述风电叶片的特殊性和现有环氧结构胶黏剂的不足，提供一种能够同时兼顾优异的结构强度和韧性、且中心放热温度低的风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂，以及该结构胶黏剂的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂，它由树脂部分和固化剂部分按100:40～50的重量比组合而成；所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：所述环氧树脂部分和固化剂部分的石墨烯原料重量不能同时为0份。作为优选，所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：所述石墨烯的层数为1～10层，平均厚度小于3nm，比表面积大于40m2/g，导热系数为800～1200W/m·K。上述风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂的制备方法，包括下列步骤：步骤1.按树脂部分和固化剂部分的原料配比分别备料；准备混合设备；步骤2.将树脂部分和固化剂部分分别制备：1).将树脂部分的原料加入到混合设备中，其中石墨烯是以双行星分散混合机分散加入到混合设备中的，持续搅拌混合均匀，抽真空消除混合料中的气泡；静置；装入产品容器中，密封，室温保存；2).将固化剂部分的原料加入到混合设备中，其中石墨烯是以双行星分散混合机分散加入到混合设备中的，持续搅拌混合均匀，抽真空消除混合料中的气泡；静置；装入产品容器中，密封，室温保存；步骤3.将制得的树脂部分和固化剂部分按比例混合在一起，混合均匀，使用。本专利技术的有益效果是：上述结构胶黏剂在相互配伍、协同的环氧树脂中合理的加入石墨烯材料，使结构强度、弯曲模量和导热性能优异的石墨烯能够有效、可靠地分散到环氧树脂高分子的矩阵中，从而使所成品的改性环氧结构胶黏剂能够同时兼顾优异的结构强度和韧性性能，且显著的提高其散热性能，进而降低、改善结构胶黏剂在加热固化过程中的热效应。上述结构胶黏剂所具有的优异的结构强度、韧性和固化热效应性能，使得其能够有效、可靠地满足风电叶片、尤其是兆瓦级大型风电叶片的高标准技术要求，有利于设计开发兆瓦级的大尺寸大型风电叶片，应用前景好。具体实施方式本专利技术为风电叶片、尤其是兆瓦级大型风电叶片成型用的含石墨烯结构胶黏剂，该结构胶黏剂由树脂部分和固化剂部分按100:40～50的重量比组合而成。现以列表的形式结合多个实施例对本专利技术的内容作进一步说明，本专利技术的整体配方见表1、表2和表3所示。表1本专利技术六个优选实施例中的树脂部分原料配比数据表(单位：重量份)表2本专利技术六个优选实施例中的固化剂部分原料配比数据表(单位：重量份)表3本专利技术六个优选实施例的配比数据表(单位：重量份)需要强调的是：在同一实施例中，表1-树脂部分和表2-固化剂部分的石墨烯原料重量不能同时为0份。上述石墨烯是一种完全由SP2杂化的碳原子构成的准二维晶体材料，它的厚度仅为单原子层或数个单原子层。本专利技术要求石墨烯的层数为1～10层，平均厚度小于3nm，比表面积大于40m2/g，导热系数为800～1200W/m·K(作为优选，导热系数约为1000W/m·K)。上述各实施例的结构胶黏剂的制备方法，包括下列步骤：步骤1.按树脂部分和固化剂部分的原料配比分别备料；准备混合设备；步骤2.将树脂部分和固化剂部分分别制备：1).将树脂部分的原料加入到混合设备中，其中石墨烯是以双行星分散混合机分散加入到混合设备中的，持续搅拌混合均匀，抽真空消除混合料中的气泡；静置；装入产品容器中，密封，室温保存；2).将固化剂部分的原料加入到混合设备中，其中石墨烯是以双行星分散混合机分散加入到混合设备中的，持续搅拌混合均匀，抽真空消除混合料中的气泡；静置；装入产品容器中，密封，室温保存；步骤3.将制得的树脂部分和固化剂部分按比例混合在一起，混合均匀，使用。本专利技术实施例1所制备的结构胶黏剂与现有风电叶片用常规结构胶黏剂进行了性能对比，对比结果见如表4所示。表1本专利技术实施例1所制备结构胶黏剂和现有结构胶黏剂的性能对比数据表通过表4可以清楚的看出：本专利技术实施例1所制备的结构胶黏剂的结构强度、韧性和固化热效应的性能，显著的优于现有风电叶片用常规结构胶黏剂的对应性能，因而其更加适合风电叶片、尤其是兆瓦级大型风电叶片的粘接成型技术要求。以上各实施例仅用以说明本专利技术，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本专利技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本专利技术依然可以对上述各实施例中的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂，它由树脂部分和固化剂部分按100:40～50的重量比组合而成；其特征在于，所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：E51环氧树脂                 40～70份，双酚F环氧树脂               0～20份，1,6‑己二醇二缩水甘油醚      2～6份，气相二氧化硅                5～10份，碳酸钙                      15～30份，石墨烯                      0～3份；所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：聚醚胺                      20～40份，聚酰胺                      20～40份，异佛尔酮二胺                10～20份，气相二氧化硅                5～10份，碳酸钙                      15～30份，石墨烯                      0～3份；所述环氧树脂部分和固化剂部分的石墨烯原料重量不能同时为0份。

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂，它由树脂部分和固化剂部分按100:40～50的重量比组合而成；其特征在于，所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：E51环氧树脂 40～70份，双酚F环氧树脂 0～20份，1,6-己二醇二缩水甘油醚 2～6份，气相二氧化硅 5～10份，碳酸钙 15～30份，石墨烯 0～3份；所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：聚醚胺 20～40份，聚酰胺 20～40份，异佛尔酮二胺 10～20份，气相二氧化硅 5～10份，碳酸钙 15～30份，石墨烯 0～3份；所述环氧树脂部分和固化剂部分的石墨烯原料重量不能同时为0份。2.根据权利要求1所述风电叶片用含石墨烯结构胶黏剂，其特征在于，所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：E51环氧树脂 50～60份，双酚F环氧树脂 8～12份，1,6-己二醇二缩水甘油醚 3～5份，气相二氧化硅 7～8份，碳酸钙 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖毅，周百能，李文可，杨红，钟连兵，苟鹏飞，王萍，翟保利，
申请(专利权)人：四川东树新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51