一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，本发明专利技术属于高分子材料技术领域，所公开的制备方法制备的PET泡沫芯材是一种热塑性可再生聚合物发泡材料，操作简单，投入小，不用选择超临界气体作为发泡剂，从而降低了设备和临界流体的高昂成本，韧性因为泡囊剂的引入得到了提高，具有显著的推广应用价值，过程清洁，综合机械性能优异，化学性质稳定，耐热性好，具有良好的尺寸稳定性、抗疲劳性以及可加工性，可应用于风电叶片用芯材。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法
本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法。
技术介绍
夹芯材料是风电叶片的关键材料之一，为增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能力，在叶片的前缘、后缘以及剪切等部位，一般都会采用夹层结构。目前，用于风电叶片的主流夹芯材料为交联PVC泡沫和balsa轻木。芯材主要用作玻璃纤维夹芯结构的芯层，在提高叶片刚度的同时，减轻叶片的重量，使用在风机叶片壳体蒙皮处和叶片中间的结构梁处。目前使用的泡沫芯材还有苯乙烯丙烯腈泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚甲基酰亚胺泡沫材料等，但因价格较高，性能不均衡使用较少。每种泡沫因为材质和成型工艺不同导致性能不同，将直接影响泡沫芯材的性能。目前市场上的主流泡沫芯材技术缺陷是与复合材料的黏结强度低、材料质量、材料的耐热性差、化学耐受性差、韧性低以及抗疲劳强度差等。叶片芯材是风电叶片的关键材料。芯材通常安装在叶片的前缘、后缘以及腹板等部位，一般采用夹层结构来增加结构刚度，防止局部失稳、提高整个叶片的抗载荷能力。芯材占叶片材料成本的10%到15%，巴沙轻木和PVC泡沫是叶片芯材的主要品种，其中巴沙木为主、PVC泡沫为辅。巴沙轻木依赖厄瓜多尔，据传，全球90%以上的轻木都是来自于厄瓜多尔，需要5~7年的生产周期，需求紧张价格上涨时，达每立方米万余元。芯材在使用时，树脂被吸入现有的芯材内部从而增加叶片的重量。例如，中国专利CN2017100922347公开了一种PVC泡沫芯材及其生产工艺，但制得的PVC泡沫芯材，密度低、强度高，可用于风电叶片等产业领域，使用的是异氰酸酯和聚氯乙烯交联的产物，并不能避免上述自身附带的缺陷。然而现有的芯材材料，PET泡沫耐热性好、可100%循环利用污染少、成本也更低，未来五年渗透率将翻番、从第三大芯材走向第一大芯材，替代轻木和PVC泡沫，人们积极探索PET泡沫芯材的制备方法，例如中国专利CN2017107063109一种利用海绵浸透发泡制备PET泡沫塑料的方法，公开了将分散有PET粉末的海绵体进行烧结得到，但是海绵体无法进行烧结去除，其得到的只是分散有PET的海绵，并不是PET泡沫芯材，中国专利CN2016103016439公开了一种制备风力发电叶片夹心PET泡沫材料的方法，利用超临界发泡，但设备造价高昂，工艺复杂，本领域技术人员亟待开发出一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，满足现有的使用需求和性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的问题，提供了一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法。一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，包括以下步骤：（1）按质量份数计称量以下原料，135~140℃干燥3~5h的PET树脂切片100~105份、0.1~0.4份稳定剂、润滑剂0.2~0.4份、3~5份的凝胶填料和20~35份的泡囊剂在高速混合机中均匀混合10~20min，得混合物；（2）挤出机料筒升温至240~260℃，步骤（1）的混合物通过挤出机塑炼塑化，挤出机螺杆转速为30~50r/min，机头温度220~230℃，挤出得PET芯材；（3）将得到的PET芯材浸泡至60~75℃热水中120~150h后，在135~140℃干燥3~5h，升温至235~240℃熟化1~2h，即得PET泡沫芯材。微胶囊技术是一类将固态、液态或气态的微量物质包覆在聚合物壁壳内形成微小粒子的包装技术，可以在保留芯材物质原有特性的前提下实现其粉末化、隔离性、缓释控释及稳定保存的目的。近年来，在阻燃、防腐、释香、温致变色及相变储能等领域有所研究，但商业化产品较少，在发泡材料的制备上，也鲜有应用。本专利技术所述泡囊剂为水溶性模板和发泡剂组成的芯料被包覆的聚酯微胶囊。进一步的，所述步骤（1）的泡囊剂为聚酯微胶囊，具体制备方法为，将聚丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、5-苯基四唑、偶氮二羧酸钡、苯磺酰肼、三肼基三嗪以物质的量之比为11~13∶0.4~0.6∶5~7∶2~4∶3~5∶1~2进行投料，30~35℃恒温搅拌均匀得到芯材混合物，将10~12份的芯材混合物和20~22份的对苯二酰氯分散到500~600份的氯化联苯溶剂中搅拌形成溶液，并将该溶液乳化分散在600~700份的质量分数0.6~1%的碳酸氢钠水溶液中，然后将50~70份的质量分数6~8%的乙二醇溶液在持续搅拌下加入碳酸氢钠水溶液中，600~800r/min，45~50℃搅拌30~45min，过滤、洗涤、85~90℃下烘干1~2h，即得。进一步的，所述步骤（1）的稳定剂为磷酰基乙酸三磷酯、光稳定剂3638、邻苯基苯酚中的一种或多种。进一步的，所述步骤（1）的凝胶填料为二氧化硅气凝胶、氧化锆气凝胶、三氧化二铝气凝胶中的一种或多种。进一步的，所述步骤（1）的润滑剂为亚乙基双蓖麻醇酸酰胺、二硫化钼、季戊四醇硬脂酸脂中的其中一种或多种。进一步的，所述步骤（3）PET芯材浸泡的同时进行超声处理，所述超声处理为10~20kHz下进行。上述浸泡和发生处理，使微胶囊内部的聚丙烯酸钠和聚乙烯吡咯烷酮在微孔发泡PET中溶出，实现聚酯微胶囊的空心化。本专利技术的有益效果：本专利技术利用的是含有发泡剂和可溶性聚合物的聚酯微胶囊作为PET发泡芯材的制备载体，微胶囊以聚酯界面聚合合成，与基体PET组分相同，可以在PET芯材中均匀分散，相容性良好，而避免了发泡剂和可溶性聚合物的团聚，使用可溶性聚合物聚丙烯酸钠和聚乙烯吡咯烷酮本身可以溶于水，且自身附带有表面活性，可以促进界面聚合过程聚酯微胶囊的成型，使微胶囊包裹发泡剂，而且微胶囊本申请具有空腔结构，可以进一步提高PET芯材的空腔率，而水溶性聚合物和发泡剂作为芯料，又构成了聚酯微胶囊形成空腔均匀分布在PET芯材提高发泡芯材性能的前提条件，界面聚合反应过程中发泡剂和水溶性高分子形成聚酯液滴，再生成的微胶囊，通过水溶性高分子的乳化作用，促进成型，碳酸氢钠起中和作用，通过控制组分比例和乳化效应、转速，可以调整所聚酯微胶囊的尺寸，通过热水超声浸泡，水溶性高分子逐渐从PET芯材中脱出，使原有的聚酯微胶囊形成空腔，进一步降低芯材的密度，而发泡剂因为聚酯微胶囊的作用，实现发泡的缓释作用，随着温度的升高，发泡剂分解气体发泡，而浸入热水后，部分残留的发泡剂通过进一步熟化，再一次起到发泡作用，故相比单纯的加入发泡剂，快速发泡，其发泡程度更加均匀一致，且附带有聚酯微胶囊的空腔作用，可以进一步提高PET芯材的韧性和冲击性能，且一定程度上又降低可芯材的密度，采用凝胶填料进一步提高芯材的强度，且并不明显增大芯材的密度。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术公开的风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，采用了聚酯微胶囊为主要成分的泡囊剂，既起到均匀发泡的作用，又可以形成空腔囊，选择的发泡剂具有阶梯温度发泡的作用，发泡温度较高，且利于聚酯微胶囊的成型，以往PET主要用于制造合成纤维、薄膜、饮料瓶子，以往微胶囊在阻燃、肥料等有所应用，但与本申请并不同，本专利技术公开的制备方法制备的PET泡沫芯材是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）按质量份数计称量以下原料，135~140℃干燥3~5h的PET树脂切片100~105份、0.1~0.4份稳定剂、润滑剂0.2~0.4份、3~5份的凝胶填料和20~35份的泡囊剂在高速混合机中均匀混合10~20min，得混合物；（2）挤出机料筒升温至240~260℃，步骤（1）的混合物通过挤出机塑炼塑化，挤出机螺杆转速为30~50r/min，机头温度220~230℃，挤出得PET芯材；（3）将得到的PET芯材浸泡至60~75℃热水中120~150h后，在135~140℃干燥3~5h，升温至235~240℃熟化1~2h，即得PET泡沫芯材。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按质量份数计称量以下原料，135~140℃干燥3~5h的PET树脂切片100~105份、0.1~0.4份稳定剂、润滑剂0.2~0.4份、3~5份的凝胶填料和20~35份的泡囊剂在高速混合机中均匀混合10~20min，得混合物；（2）挤出机料筒升温至240~260℃，步骤（1）的混合物通过挤出机塑炼塑化，挤出机螺杆转速为30~50r/min，机头温度220~230℃，挤出得PET芯材；（3）将得到的PET芯材浸泡至60~75℃热水中120~150h后，在135~140℃干燥3~5h，升温至235~240℃熟化1~2h，即得PET泡沫芯材。


2.根据权利要求1所述的风电叶片用PET泡沫芯材的制备方法，其特征在于，所述泡囊剂为聚酯微胶囊，具体制备方法为，将聚丙烯酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、5-苯基四唑、偶氮二羧酸钡、苯磺酰肼、三肼基三嗪以物质的量之比为11~13∶0.4~0.6∶5~7∶2~4∶3~5∶1~2进行投料，30~35℃恒温搅拌均匀得到芯材混合物，按重量份数计，将10~12份的芯材混合物和20~22份的对苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐子成，
申请(专利权)人：安徽国成顺风风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34