风力发电叶片用复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种风力发电叶片用复合材料，由环氧树脂组合物和占环氧树脂组合物重量的６８～７３％的纤维增强织物组成。所述环氧树脂组合物，包括重量配比为１００∶２８～３３的Ａ组分和Ｂ组分。Ａ组分由环氧当量为１７５～１８５克／当量的双酚Ａ型环氧树脂、双官能团环氧稀释剂、单官能团环氧稀释剂稀释剂、环氧偶联剂和抗氧化剂组成，Ｂ组分由脂肪族多胺和脂环族胺组成。纤维增强织物所述。本发明专利技术公开了各原料的重量配比。利用本发明专利技术所述的复合材料，通过液体模塑成型法制备的复合材料，其强度和抗风打击的能力完全符合风力发电用叶片的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环氧树脂材料，尤其是涉及一种风力发电叶片用环氧树脂复合 材料。
技术介绍
风能是非常重要的可再生能源，取之不尽、用之不竭，多年来一直是世界各国 可再生能源研究的重点。风能的利用形式中，风力发电技术最成熟、最具商业化开发前 景。大规模利用风力发电也是减少有害气体排放量的有效措施之一。叶片是风力发电机中，最基础和最关键的部件之一。大功率的风机叶片OMW 以上)，主要是由玻璃钢(GFRP)复合材料制成。而玻璃钢复合材料是由环氧树脂和玻璃 纤维制成，其主要的制备方法是真空灌注。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。申请号为200810239439.4的中国专利技术专利申请公开了一种环氧树脂组合物、复 合材料及制备方法。其专利技术的复合材料是利用小分子化合物改性的环氧树脂作为基体， 通过液体模塑成型工艺，与纤维材料复合而成的。该专利技术主要针对环氧树脂的粘度、固 化温度等进行了改性，但是并没有解决环氧树脂组合物与纤维表面浸润性的问题。在物理学上，浸润的定义是“当液相与固相接触时，液相可以沿着故乡表 面不断扩展而相互融合，此现象称为浸润；反之，液相表面不断收缩，则称之为不浸 润”。由于，玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维等增强材料的表面光滑、表面活性低，且呈 极强的化学惰性；因此，其与树脂基体间的界面粘接性能很差，从而严重影响复合材料 的性能。所以，树脂与纤维的良好浸润，是获得高质量复合材料界面的首要前提，也是 风力叶片复合材料的关键技术。另外，上述专利技术专利申请并没有明确优选的双酚A型环氧树脂的性能指标，因 为不是所有的双酚A型环氧树脂制备的复合材料的机械强度都可以符合风力发电叶片的 要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种树脂与纤维增强织物之间具有良好浸润性，且机械强 度高的风力发电叶片用复合材料。本专利技术的目的是这样实现的风力发电叶片用复合材料，由环氧树脂组合物和纤维增强织物组成。所述环氧 树脂组合物，包括重量配比为100 观 33的A组分和B组分。A组分由环氧当量为 175 185克/当量的双酚A型环氧树脂、双官能团环氧稀释剂、单官能团环氧稀释剂稀 释剂、环氧偶联剂和抗氧化剂组成，以A组分的重量为基准，各组成成分的重量百分比 计为环氧当量为175 185克/当量的双酚A型环氧树脂80 88%， 双官能团环氧稀释剂8 23%，单官能团环氧稀释剂0.5 3%，偶联剂0.05%-1%，抗氧化剂0.05-1%。B组分由脂肪族多胺和脂环族胺组成，以B组分的重量为准，各组成成分的重量 百分比为脂肪族多胺65 80%，脂环胺20 ；35%。所述纤维增强织物占所述环氧树脂组合物重量的68 73%。本专利技术所述环氧树脂选自环氧当量为175 185克/当量的双酚A型环氧树脂中 的一种或几种。本专利技术所述双官能团环氧稀释剂选自1，4 丁二醇二缩水甘油醚、1，6己二醇二 缩水甘油醚、新戊二醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二羟甲基环己烷二缩水甘油 醚、聚合二元醇缩水甘油醚、二溴新戊二醇二缩水甘油醚、聚氧化丙烯二缩水甘油醚、 间苯二酚二缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚和多缩水甘油 醚中的一种或几种。优选1，4-丁二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、新戊 二醇缩水甘油醚和乙二醇二缩水甘油醚中的一种或几种。本专利技术所述单官能团环氧稀释剂选自乙二醇一缩水甘油醚、正辛醇缩水甘油 醚、2-乙基己基缩水甘油醚、C12-C14醇缩水甘油醚、C8-Cltl脂肪醇缩水甘油醚、丁基缩 水甘油醚、叔丁基酚缩水甘油醚、环氧丙烷烯丙基醚、邻环氧丙烷异辛基醚、甲酚缩水 甘油醚、苄基缩水甘油醚、芳基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、对叔丁基苯酚缩水甘油 醚、对叔碳酸缩水甘油酯、丁基缩水甘油醚、腰果酚型甘油醚和呋喃甲醇缩水甘油醚中 的一种或几种。优选C12-C14醇缩水甘油醚、C8-Cltl脂肪醇缩水甘油醚和丁基缩水甘油醚 中的一种或几种。本专利技术所述环氧偶联剂选自环氧钛酸酯偶联剂、环氧硅烷偶联剂、环氧硼酸酯 偶联剂和环氧铝酸酯偶联剂中一种或几种。优选的是环氧偶联剂KH560。本专利技术所述脂肪族多胺选自二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、多 亚乙基多胺、593固化剂、3-二甲氨基丙胺、3-二乙氨基丙胺、1，6-乙二胺和端胺基聚 醚D230中的一种或几种。本专利技术所述脂环族胺选自甲基环戊二胺、孟烷二胺、异佛尔酮二胺、4，4-二氨 基二环己基甲烷、N-氨乙基哌嗪和1，3-环己二甲胺中的一种或几种。本专利技术所述纤维增强织物选自玻璃纤维、碳纤维和聚酯纤维中的一种，优选地 上述纤维增强织物中是模量大于76000N/mm2的纤维。本专利技术所述的“单官能团稀释剂”是指分子中只有一个环氧基，“双官能团稀 释剂”是指分子中有两个环氧基。本专利技术在研究过程中发现，环氧树脂与纤维增强织物之间的浸润性与以下几点 密切相关1、环氧树脂组合物的粘度环氧树脂组合物的粘度过大，作为液相的环氧树脂 组合物在纤维增强织物的表面扩展缓慢；环氧树脂组合物的粘度过低，则在液体模塑成型过程中，对密封要求会很高，否则可能导致树脂溢出流淌的现象。因此，需要对现有 的环氧树脂组合物进行改性，使其混合粘度控制在200-300Ri.S的范围之内。2、环氧树脂组合物的胶凝时间胶凝时间短，会导致环氧树脂组合物还没有充 分渗透至纤维增强织物内，就凝固了，最终无法形成复合材料；胶凝时间长，会延长生 产周期，导致生产成本的提高。因此，需将环氧树脂组合物的胶凝时间控制在5 6小 时/500g树脂组合物。3、纤维增强织物的表面活性纤维表面含有羟基，硅烷偶联剂与纤维表面羟基 可以进行水解反应，在纤维增强织物表面形成^i-O-C键。因此，通过加入硅烷偶联剂， 改变纤维增强织物的表面活性，可以加强环氧树脂与纤维增强织物之间的浸润性。另外 含有硅氧烷的偶联剂具有较低的表面能，从而提高树脂与纤维的浸润性。在对环氧树脂进行改性实验的过程中，发现如果只用双官能团环氧甘油醚作为 稀释剂，环氧树脂的粘度降低的同时，其胶凝时间过短，只有3小时/500g树脂组合物； 无法实现大规模生产。而如果只用单官能团环氧甘油醚作为稀释剂，由于其分子中只有单个环氧基作 为反应基团，导致固化物线性交联多于体型交联，交联密度下降，刚性损失严重，从而 使环氧树脂的强度达不到要求。因此，本专利技术采用了一种双组分的混合稀释剂，即在双官能团稀释剂中添加少 量的单官能团稀释剂。这种混合稀释剂中的双官能团稀释剂能在不降低环氧树脂组合物 强度的条件下降低其粘度。本专利技术优选的具有脂肪长链的单官能团稀释剂，如C12-C14醇 缩水甘油醚、C8-Cltl脂肪醇缩水甘油醚，其分子中的脂肪长链可以进一步提高环氧树脂 组合物的韧性；同时，由于长链空间位阻较大，还能起到延缓固化的作用，从而使环氧 树脂组合物具有最佳的固化时间。为了改善纤维增强织物的表面活性，本专利技术选用环氧型的偶联剂。环氧型的偶 联剂中的硅氧烷与纤维增强织物表面的羟基反应水解反应，其反应方程式如下八 IιIlC-C-R-Si-O-R + HO-C--- C-C-Si-O-C- + R-OH由上述方程式可见，水解反应会在纤维增强织物表面形成^i-O-C本文档来自技高网...

【技术保护点】
风力发电叶片用复合材料，由环氧树脂组合物和纤维增强织物组成，其特征在于：所述环氧树脂组合物，包括重量配比为１００∶２８～３３的Ａ组分和Ｂ组分；所述Ａ组分，由环氧当量为１７５～１８５克／当量的双酚Ａ型环氧树脂、双官能团环氧稀释剂、单官能团环氧稀释剂稀释剂、环氧偶联剂和抗氧化剂组成；以Ａ组分的重量为基准，各组成成分的重量百分比计为：环氧当量为１７５～１８５克／当量的双酚Ａ型环氧树脂：８０～８８％，双官能团环氧稀释剂：８～２３％，单官能团环氧稀释剂：０．５～３％，偶联剂：０．０５％－１％，抗氧化剂：０．０５－１％；所述Ｂ组分，由脂肪族多胺和脂环族胺组成，以Ｂ组分的重量为准，各组成成分的重量百分比为：脂肪族多胺：６５～８０％，脂环胺：２０～３５％；所述纤维增强织物占所述环氧树脂组合物重量的６８～７３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙江，王树敏，姚其胜，候一斌，陆企亭，
申请(专利权)人：上海康达新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]