风电叶片用环氧纤维复合材料及制备方法技术

风电叶片用环氧纤维复合材料及制备方法，涉及材料技术和环保技术，本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：(1)缩水甘油酯型环氧树脂的制备：低分子量缩水甘油酯型环氧树脂与扩链改性剂混合后反应，将低分子量缩水甘油酯型环氧树脂分子扩链组合为高分子量缩水甘油酯型环氧树脂分子；(2)环氧树脂组合物的制备：将步骤(1)制备的缩水甘油酯型环氧树脂与胺固化剂在室温下混合均匀，得到环氧树脂组合物；(3)环氧树脂组合物浸渍无机纤维，干燥后获得风电叶片用环氧复合材料。本发明专利技术的风电叶片材料力学性能好、耐热性高，生产成本低，且易于回收利用。且易于回收利用。且易于回收利用。

【技术实现步骤摘要】
风电叶片用环氧纤维复合材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及材料技术和环保技术，特别涉及风电发电机的叶片材料。

技术介绍

[0002]随着对清洁能源的需求增大，风力发电近年来得到快速发展。风电叶片是风力发电机的重要组成部分，其主要材质是由树脂(热固性树脂：环氧树脂、不饱聚酯和热塑性树脂：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙等)与增强材料(玻璃纤维、碳纤维等)复合而成，其中环氧树脂/玻纤复合材料体系具有较高的力学性能、耐热性能、抗蠕变性能和较低的生产成本，是目前风电叶片用量最大的体系。
[0003]目前风电叶片用普通热固性环氧树脂/玻纤复合材料体系由于具有难熔化、难溶解的问题，导致其退役后难以回收，造成了严重的浪费资源和环境污染，当前处理热固性塑料的主要处理方法是填埋、研磨、燃烧和热解，这些方法会消耗大量能量，且回收利用经济效益较差。
[0004]为了探索回收叶片的方案，国内外从原材料和回收技术角度入手，提出了两种解决方案：采用热塑性树脂和合成含可降解基团或结构的新型热固性树脂。
[0005]采用热塑性树脂：如Cyclics公司研制的CBT 200热塑性树脂PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、荷兰代尔夫特理工大学研制的尼龙6、阿科玛公司研制的Elium丙烯酸基热塑性树脂、万华化学“CN201811322671.4一种热塑性环氧树脂组合物及其应用”、“CN201911078712.4一种结晶型热塑性环氧树脂固化物及其制备方法”等，但由于热塑性树脂的粘度相对较高，与玻璃纤维或碳纤维浸润性不高，纤维增强材料含量低，因而力学强度等性能不足。
[0006]合成含可降解基团或结构的新型热固性树脂：指合成含可降解基团或结构的新型热固性树脂，主要包括在热固性树脂中引入动态共价键和可降解基团。
[0007]引入的动态共价键包括酯键、亚胺键、缩醛键、双硫键、硼酸酯键、DA加成等。如：Ludwik Leibler等环氧预聚物与脂肪酸或酸酐反应，在环氧树脂交联网络中形成酯键，在高温下酯交换反应使网络的拓扑结构发生改变和重排，从而使材料具有粘弹性和“流动性”(可塑性、可再加工性)。Ludwik Leibler将具有流动性质的热固性材料定义为“Vitrimer”。由于Vitrimer在加工时，交联点密度不变，性质类似于高温下的无机玻璃，故清华大学张希院士将其命名为“类玻璃高分子”；陈茂等基于动态酯键、二硫键、芳香二硫键和D
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A键等动态键，构建可循环利用的环氧vitrimer材料，其相关专利有“CN201910974144.X一种通过动态键含量调控类玻璃高分子材料应力松弛和再加工成型温度的方法”、“CN201910974152.4一种高强度耐溶剂快速可拆解和可循环利用的环氧纤维复合材料的制备方法”、“CN201910059771.0一种中等温度下可焊接可修复且可再加工成型的热固性聚合物的制备方法”、“CN202110483313.7一种缠绕成型的纤维增强环氧类玻璃高分子复合材料”、“CN202110205291.8一种光电磁响应的环氧类玻璃高分子”、“CN202110205702.3一种中低温固化型环氧类玻璃高分子”等；中科院宁波材料所马松琪等研究了衣康酸基环氧、香草醛
基环氧、丁香酚基环氧、环氧树脂类玻璃高分子vitrimers(交联网络存在可交换键)等，申请的专利有专利技术“CN201810885870.X一种螺旋环缩醛改性的可降解环氧树脂及其制备方法和应用”、“CN201910202650.7一种基于缩醛结构的环氧单体及其制备方法与应用”、“CN109320918.A可回收碳纤维增强环氧树脂复合材料、其制备方法及应用”等。浙江大学化生学院姚臻教授“CN201810093351.X利用本体点击化学反应制备可重复利用环氧树脂的方法”、“CN201810092901.6利用本体点击化学反应制备可逆交联增韧环氧树脂的方法”：点击反应速度快、选择性高，是精确控制高分子链结构的有效方法。包括以下步骤：1)、采用多官能团环氧树脂与糠硫醇在叔胺催化剂作用下点击反应得到端基为呋喃官能团的中间体；2)、所述中间体与含有马来酰亚胺基团的交联剂发生Diels
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Alder反应，形成可逆交联的环氧树脂；“CN108129638A一种可回收环氧树脂及制备方法”公布了航天特种材料及工艺技术研究所的汪东等人通过合成一种具有动态亚胺桥联键的胺固化剂并与环氧树脂固化，制备了具有动态键的环氧树脂；“CN112608452A一种高性能可回收、易修复环氧树脂及制备方法”公布了一种由一端带有苯硼酸基团的有机胺分子与多元二醇分子或由一端带有单二醇基团的有机胺分子与多元苯硼酸分子反应制得含动态硼酸酯键的环氧树脂。
[0008]相对而言，通过在环氧树脂中引入动态键或采用可逆反应来固化环氧树脂，是解决环氧树脂回收问题的一种有效的方法。然而目前报道的可降解、回收环氧树脂相对于普通环氧树脂，力学性能、耐热性等性能仍有不足，生产成本高，且很多环氧体系固化温度高、蠕变性较大，这些都限制了它们在风电叶片等领域的应用。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是，针对目前风电叶片用环氧树脂及其制备方法的不足，提供一种易于回收利用的风电叶片用环氧纤维复合材料。
[0010]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，风电叶片用环氧纤维复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括环氧树脂固化物10～30份、无机纤维70～90份，
[0011]所述无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任意一种；
[0012]所述环氧树脂固化物包括下述化合物之任一：
[0013][0014][0015][0016]所述R1为苯基、环烷基或烷基；
[0017]所述R2为苯基、环烷基或烷基；
[0018]所述R3为苯基、环烷基或烷基；
[0019]所述R4为苯基、环烷基或烷基；
[0020]所述R5为苯基、环烷基或烷基；
[0021]所述R6为苯基、环烷基或烷基；
[0022]所述R7为苯基、环烷基或烷基；
[0023]所述R8为苯基、环烷基或烷基；
[0024]所述R9为苯基、环烷基或烷基；
[0025]所述R
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为苯基、环烷基或烷基。
[0026]所述环氧树脂固化物为缩水甘油酯型环氧树脂与胺固化剂反应而得；
[0027]所述缩水甘油酯型环氧树脂为80wt％～98wt％的低分子量缩水甘油酯型环氧树脂与2wt％～20wt％的扩链改性剂混合后反应而得；
[0028]所述低分子量缩水甘油酯型环氧树脂为四氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、4,5
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环氧己烷
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1,2
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二甲酸二缩水甘油酯中的任意一种，
[0029]所述扩链改性剂为胺扩链剂、酸扩链剂、醇扩链剂中的任意一种。
[0030]所述无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.风电叶片用环氧纤维复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括环氧树脂固化物10～30份、无机纤维70～90份，所述无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任意一种；所述环氧树脂固化物包括下述化合物之任一：
所述R1为苯基、环烷基或烷基；所述R2为苯基、环烷基或烷基；所述R3为苯基、环烷基或烷基；所述R4为苯基、环烷基或烷基；所述R5为苯基、环烷基或烷基；所述R6为苯基、环烷基或烷基；所述R7为苯基、环烷基或烷基；所述R8为苯基、环烷基或烷基；所述R9为苯基、环烷基或烷基；所述R
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为苯基、环烷基或烷基。2.如权利要求1所述的风电叶片用环氧纤维复合材料，其特征在于，所述环氧树脂固化物为缩水甘油酯型环氧树脂与胺固化剂反应而得；所述缩水甘油酯型环氧树脂为80wt％～98wt％的低分子量缩水甘油酯型环氧树脂与2wt％～20wt％的扩链改性剂混合后反应而得；所述低分子量缩水甘油酯型环氧树脂为四氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯或4,5
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环氧己烷
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1,2
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二甲酸二缩水甘油酯，所述扩链改性剂为胺扩链剂、酸扩链剂、醇扩链剂中的任意一种。3.如权利要求2所述的风电叶片用环氧纤维复合材料，其特征在于，所述无机纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的至少两种；所述胺固化剂包括异佛尔酮二胺、三乙烯四胺、4，4
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二胺基二苯砜中的任意一种。4.风电叶片用环氧纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)缩水甘油酯型环氧树脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：马寒冰，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：