本发明专利技术涉及制造风力涡轮机的方法。在该方法中，将预浸料的叠层置于真空袋内。预浸料各自包括纤维增强材料和20重量％至85重量％的EEW为150至1500且含有0.5至5wt％固化剂的环氧树脂的混合物。固化剂包括脲固化剂和咪唑固化剂且不含双氰胺。环氧树脂通过施加范围为70℃至110℃的外部施加温度达4至8小时的时间段固化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过在模具中铺叠多个层的可固化结构体的叠层并使结构体的叠层 固化来制造层状结构体。本专利技术特别涉及由用可固化树脂例如环氧树脂浸渍的纤维制造基 于树脂的纤维增强结构体。其中树脂为未固化的这种多层可固化结构体有时称为预浸料。 在一种实施方式中，本专利技术涉及制造风力涡轮机结构体，例如涡轮叶片用的壳和支撑叶片 的叶梁（spar)。 因此，本专利技术涉及纤维增强材料，特别涉及包括纤维和热固性树脂的预浸料，可以 将预浸料堆叠形成预制件，然后使其固化形成增强的复合材料。这样的复合材料是已知的， 它们轻质也具有高强度，用于众多结构应用，例如用于汽车和航空航天工业，以及用于下述 工业应用，例如风力涡轮机部件如叶梁和用于制备叶片的壳。
技术介绍
预浸料是用来描述处于未固化状态并将要固化的树脂浸渍或与其组合的纤维和 织物的术语。纤维可以为丝束或织物的形式，丝束通常包括多根细纤维（称为细丝）。用于 预浸料的纤维材料和树脂会依赖于对固化纤维增强材料所要求的性质以及该固化层合体 所投入的用途。纤维材料在本申请描述为结构纤维。可以按多种方式将树脂与纤维或织物 组合。可以将树脂粘着于纤维材料的表面。树脂可以部分或完全浸渍纤维材料。树脂可以 浸渍纤维材料，由此提供在加工预浸料材料过程中促进除去空气或气体的路径。 已经提出了多种方法用于制造预浸料，一种优选的方法是用液体、熔融、或半固体 的未固化热固性树脂浸渍移动的纤维网。然后可以将通过这种方法制造的预浸料切割成具 有所需长度的切片，将切片的叠层通过加热固化，制得最终的纤维增强层合体。固化可以在 真空袋中进行，可以将真空袋放进用于固化的模具中，这在风能结构体例如叶片的壳和叶 梁的制造中是优选的。或者，可以形成叠层，使其在模具中直接固化。 用于这样的应用的一类优选树脂是可固化的环氧树脂，固化剂和固化剂促进剂通 常包含在树脂中以缩短固化循环时间。环氧树脂是非常合适的树脂，但是它们在固化之后 可能较脆，导致最终的层合体在受到冲击之后会开裂或断裂，因此通常的实践是在环氧树 脂中含有增韧材料例如热塑性材料或橡胶。 通常，预浸料包括用热固性聚合物和固化剂的均匀混合物浸渍的织物，不可将它 们储存在环境温度，因为它们将进行缓慢固化。相反，预浸料需要冷藏，从而使储存中发生 的树脂的任何变化最小化。将预浸料在冷藏设备中储存和运输的必要性是与使用预浸料相 关的主要不便之处。预浸料的储存期限称为其'失效寿命（outlife)'。失效寿命是指在树 脂已经固化达到其不再适于使用的程度之前预浸料可以储存多久的时间。 包括热固性树脂的预浸料也需要平衡树脂的反应性与预浸料的失效寿命要求。重 要的是增加树脂的反应性以制备可在可接受的时间内和在可接受的温度固化的预浸料。但 这总会损害预浸料的失效寿命。因此，在常规预浸料中存在反应性和失效寿命之间的此消 彼长。 考虑到树脂的反应性和所用的树脂和纤维的量，用于固化预浸料和预浸料的叠层 所采用的固化循环是温度和时间的平衡。从经济的角度，期望该循环时间尽可能短，因此通 常在环氧树脂中包含固化剂和促进剂。此外，要求热来引发树脂的固化，固化反应本身可能 是高度放热的，特别是对于厚的大型预浸料叠层的固化，需要在时间/温度固化循环中考 虑这一点，因为在制备用于工业应用的层合体的情形中，更是如此，该工业应用需要大量的 环氧树脂，这进而可能由于树脂固化反应的放热，而导致在叠层内产生过高温度。需要避免 过高温度，因为它们可能损害模塑增强材料或导致树脂的一定程度降解。过高温度也可能 在树脂的固化过程中导致失去控制，从而使得固化失控。 当需要固化包含许多层的预浸料的厚部件时，在用于重型工业应用的纤维增强的 层合体的制造中，例如在风力涡轮机结构体特别是风力涡轮机叶梁和叶片组装用的壳的制 造中，因为该厚部件变得更为普遍，过高温度的产生可能是较大的困难。为了补偿固化过程 中产生的热，已经必须在固化循环过程中采用停留时间，在该停留时间，将模塑件保持在恒 定温度一段时间，以控制模塑件的温度并将其冷却以防止过热，这提高循环时间至不期望 长的循环时间，为几个小时，在一些情况下超过8小时。 例如，基于环氧的预浸料的厚叠层如60或更多个层可能要求固化温度超过KKTC 达几个小时。但是，固化的反应焓可能为150焦耳/克环氧树脂或更高，该反应焓使得在固 化循环期间需要在低于l〇〇°C的停留时间，以避免树脂的过热和分解。此外，在该停留时间 之后，需要再将叠层加热至高于l〇〇°C (例如至高于125°C )，以完成树脂的固化。这导致不 期望长和不经济的固化循环。此外，所产生的高温可能损害模具和袋材料或者需要使用特 殊和昂贵的材料用于模具或袋。 除了这些问题之外，还期望由预浸料制备层状结构体，在所述预浸料中，固化的树 脂具有高的玻璃化转变温度（Tg)例如高于80°C从而通过改善它们在高温和/或高湿度暴 露延长的时间段的耐受性来扩大结构体的效用，但是将结构体在高温和/或高湿度暴露延 长的时间段可能导致Tg的不期望下降。对于风能结构体，优选高于90°C的Tg。提高Tg可 通过使用反应性较大的树脂来实现。但是树脂的反应性越高，在硬化剂和促进剂的存在下 使树脂固化的过程中释放的热量的越多，这会增加前述的随之而来的问题。 本专利技术的目的总地在于克服前述问题和/或提供改进。
技术实现思路
和【具体实施方式】 根据本专利技术，提供了在所附权利要求任一项中限定的预浸料、叠层、层合体、用途、 方法、树脂基质和风力涡轮机叶片或部件。 环氧树脂的反应性由其环氧当量（EEW)指示，EEW越低，反应性越高。环氧当量可 以如下计算：（环氧树脂分子量V (每分子的环氧基团的数量）。计算环氧值的另一种方 式可以如下定义：环氧值=100/环氧当量。如下计算每分子的环氧基团：（环氧值X分子 量）/100。如下计算分子量：（100x每分子的环氧基团）/环氧值。如下计算分子量：环氧当 量X每分子的环氧基团。本专利技术特别地关注提供可以基于反应性环氧树脂的预浸料，所述 反应性环氧树脂可以在较低的温度以可接受的模塑循环时间固化。 因此，本专利技术提供包括纤维增强材料和环氧树脂的混合物的预浸料，其包含20重 量％至85重量％EEW为150至1500的环氧树脂，所述树脂通过70°C至110°C的外部施加 温度是可固化的。 因此，在本专利技术的一种实施方式中提供了包括纤维增强材料和树脂的混合物的预 浸料，其包含20重量％至85重量％ EEW为150至1500的环氧树脂，所述树脂通过70 °C至 110°C的外部施加温度是可固化的，其中所述树脂包含0. 5至5wt%的脲固化剂，所述固化 剂包括至少两种固化剂组分，且树脂在不存在基于双氰胺的硬化剂的情况下固化。 已经发现，预浸料及其环氧树脂基质具有减少的固化时间，同时提供良好的机械 性能，期望的Tg (玻璃化转变温度）和良好的机械性能与预浸料的纤维增强材料的组合。 在进一步的实施方式中，将至少一种固化剂组分从树脂的剩余物中分离。与包括 其中固化剂组分未分离而是包含在树脂剩余物中的树脂的预浸料相比，本申请的预浸料 的失效寿命延长单独的下述百分比或下述百分比的组合：30%，50%，70%，90%，120%， 150%，2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括纤维增强材料和树脂的混合物的预浸料，其包含20重量％至85重量％EEW为150至1500的环氧树脂，所述树脂通过范围为40℃至110℃、优选70℃至110℃、更优选60℃至90℃和/或前述温度的组合的外部施加温度是可固化的，其中所述树脂包含0.5至5wt％的固化剂，所述固化剂包括脲固化剂和咪唑固化剂，且所述树脂在不存在双氰胺硬化剂的情况下固化。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·哈德利，M·怀特，C·哈林顿，
申请(专利权)人：赫克塞尔合成有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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