一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料及其制备方法，通过选用低粘度双酚A型环氧树脂与呋喃基改性环氧树脂作为树脂基料，利用呋喃基的特性缓解双酚A型环氧树脂的结晶取向、改善固化后复合材料的韧性、提高了环氧树脂复合材料的耐冲击性和耐疲劳性能；同时，通过对活性稀释剂的组成和配比进行调整以及加入了含硅氧键的缩水甘油醚单体，对环氧树脂复合材料的粘度、可操作时间、放热峰等进行控制，使得满足真空灌注成型工艺的要求。所述风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料有很好的力学性能和韧性，且防开裂性能也优于现有水平，满足了兆瓦级以上风力发电机叶片对材料的特殊要求，而且制备工艺简单，综合性能好。综合性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于真空灌注环氧树脂领域，具体涉及一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]风电叶片是风力发电机中非常重要的部件，起着捕捉风力并传承给发电机组的作用，通常采用真空灌注成型工艺制备。真空灌注成型工艺是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，通过树脂的流动渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，在加热固化后形成树脂纤维复合材料的工艺方法，目前多采用环氧树脂和玻璃纤维或碳纤维制备风电片，由于环氧树脂在整个复合材料中所占比重最大，因此环氧树脂的性能决定风机叶片用复合材料的质量和使用寿命。
[0003]然而，传统合成工艺制备得到的环氧树脂普遍存在粘度高、可水解氯含量高、纯度低，以及固有的脆性使得韧性和耐冲击性差的缺点，导致树脂的流动性差以及与固化剂混合不均匀，严重影响了环氧树脂复合材料的适用范围和使用寿命。因此，有必要对环氧树脂进行改性，降低粘度和水解氯的含量，实现良好的流动性和固化效果。
[0004]现有技术通常采用添加液体橡胶、热塑性树脂、无机刚性粒子等方法改进环氧树脂的韧性，但是传统方法在改进环氧树脂的韧性的同时，难以兼顾环氧树脂的刚性以及低粘度等要求，无法满足于风电叶片的应用。
[0005]与此同时，真空灌注成型工艺不仅需要环氧树脂复合材料具有低的流动性，还需要拥有较长的可操作时间以及较低的放热峰温度。但是，国内风电叶片在生产和使用过程中用到的高性能环氧树脂复合材料仍然被国外公司垄断，对我国风电叶片制造企业存在较大的制约和影响。对此，需要研究新型的环氧树脂复合材料体系以改善现状，提高我国叶片制造企业的市场竞争力。

技术实现思路

[0006]为了克服现有风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料存在的不同，本专利技术提供一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料及其制备方法，用以提高风电叶片生产质量以及生产效率，通过对环氧树脂的合成方法进行改进，多种粘度的环氧树脂进行复配，以及对固化剂进行优选，制备得到了一种粘度低、可操作时间长，放热峰温度适宜的环氧树脂复合材料，具有较好的韧性和力学性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案，一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量比是100:25
‑
35，其中，所述A组分包括以下重量份的原料：
[0008]低粘度双酚A型环氧树脂100份，呋喃基改性环氧树脂10
‑
30份，活性稀释剂20
‑
30份，双(缩水甘油醚基丙基)四甲基二硅氧烷5
‑
10份，消泡剂0.2
‑
0.5份，溶剂30
‑
50份；
[0009]所述B组分包括以下重量份的原料：
[0010]脂环胺10
‑
15份，腰果酚改性胺5
‑
10，促进剂1
‑
2份，氨基改性碳纳米管0.5
‑
1.5份，溶剂5
‑
10份。
[0011]所述低粘度双酚A型环氧树脂具有220
‑
260g/eq的环氧当量，粘度为3000
‑
6000cps，水解氯含量小于0.02％。
[0012]所述呋喃基改性环氧树脂具有350
‑
400g/eq的环氧当量，粘度为9000
‑
12000cps，水解氯含量小于0.05％，具有式(I)所示的结构：
[0013]其中，n为3
‑
10，R1为式(II)所示的结构：
[0014]所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比3
‑
6:1的混合物，所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二氧化环己烯乙烯、或二氧化双环戊二烯的至少一种；
[0015]所述单官能环氧化合物为邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、C
10
‑
C
14
的烷基缩水甘油醚、呋喃甲醇缩水甘油醚的至少一种；
[0016]所述脂环胺为甲基环戊二胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、4,4
‑
二氨基二环已基甲烷、N
‑
氨乙基哌嗪、3,3
‑
二甲基
‑
4,4
‑
二氨基二环已基甲烷、1,3
‑
环己二甲胺的至少一种；
[0017]所述促进剂为2,4,6
‑
三(二甲基氨基甲基)苯酚、间苯酚、苄基二甲胺、1
‑
苄基
‑2‑
乙基咪唑、1
‑
氨基乙基
‑2‑
甲基咪唑、2
‑
乙基
‑4‑
甲基咪唑、2,4
‑
二甲基咪唑的至少一种；
[0018]所述氨基改性碳纳米管为氨基化多壁碳纳米管，氨基含量为0.5
‑
0.8wt％。
[0019]所述溶剂选自醋酸丁酯、甲基异丁基酮、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、异丙醇的至少一种。
[0020]本专利技术的另一个目的在于提供所述低粘度双酚A型环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)将质量比1:12
‑
16的双酚A和环氧氯丙烷加入反应釜中，接着加入催化剂1
‑
苄基
‑2‑
乙基咪唑，用量为双酚A质量的0.05
‑
0.08％，通入干燥氮气，加热至70
‑
80℃反应5
‑
6h，
[0022](2)降温冷却至65℃后，分批加入双酚A质量1
‑
2倍的质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，反应4
‑
6h，减压蒸馏除去过量的环氧氯丙烷；
[0023](3)向步骤(2)得到的混合物中加入甲苯，用量是混合物质量的2
‑
3倍，同时加入质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，用量是混合物质量的0.5
‑
0.8倍，加热至80
‑
90℃反应1
‑
2h，静置得到有机层I；
[0024](4)向步骤(3)得到的有机层I中加入甲苯，用量是有机层I质量的2
‑
3倍，同时加入质量浓度为40％的氢氧化钠溶液，用量是有机层I质量的0.5
‑
0.8倍，加热至80
‑
90℃反应1
‑
2h，静置得到有机层II；
[0025](5)向步骤(4)得到的有机层II中加入适量酸溶液，水性至中性后，分液得到有机
相，将有机相减压蒸馏除去甲苯，过滤得到低粘度双酚A型环氧树脂粗产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量比是100:25
‑
35，其中，所述A组分包括以下重量份的原料：低粘度双酚A型环氧树脂100份，呋喃基改性环氧树脂10
‑
30份，活性稀释剂20
‑
30份，双(缩水甘油醚基丙基)四甲基二硅氧烷5
‑
10份，消泡剂0.2
‑
0.5份，溶剂30
‑
50份；所述B组分包括以下重量份的原料：脂环胺10
‑
15份，腰果酚改性胺5
‑
10，促进剂1
‑
2份，氨基改性碳纳米管0.5
‑
1.5份，溶剂5
‑
10份。2.根据权利要求1所述的一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：所述低粘度双酚A型环氧树脂具有220
‑
260g/eq的环氧当量，粘度为3000
‑
6000cps，水解氯含量小于0.02％。3.根据权利要求2所述的一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：所述呋喃基改性环氧树脂具有350
‑
400g/eq的环氧当量，粘度为9000
‑
12000cps，水解氯含量小于0.05％，具有式(I)所示的结构：其中，n为3
‑
10，R1为式(II)所示的结构：4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：所述活性稀释剂为二官能环氧化合物与单官能环氧化合物按照质量比3
‑
6:1的混合物，所述二官能环氧化合物为丁二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、二氧化环己烯乙烯、或二氧化双环戊二烯的至少一种；所述单官能环氧化合物为邻甲苯基缩水甘油醚、苄基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚、C
10
‑
C
14
的烷基缩水甘油醚、呋喃甲醇缩水甘油醚的至少一种。5.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：所述脂环胺为甲基环戊二胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、4,4
‑
二氨基二环已基甲烷、N
‑
氨乙基哌嗪、3,3
‑
二甲基
‑
4,4
‑
二氨基二环已基甲烷、1,3
‑
环己二甲胺的至少一种。6.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种风电叶片用真空灌注环氧树脂复合材料，其特征在于：所述促进剂为2,4,6
‑
三(二甲基氨基甲基)苯酚、间苯酚、苄基二甲胺、1
‑
苄基
‑2‑
乙基咪唑、1
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓辉尧，郑斯祥，林文丹，李刚，黄必文，邱诗砚，
申请(专利权)人：广东华彩复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：