环氧树脂体系在风力机中的应用、回收与更新-第2页-北极星风力发电网

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2.3 芯材

近来常州天晟新材料股份有限公司研制成Strucell结构泡沫芯材[注]，以乙烯基聚合物为基础，具有芳香酰胺聚合网络修正的刚性交联结构，刚度、强度、抗疲劳性和抗冲击性都优良，耐多种化学物质，几乎不吸水，隔音、隔热;可与多种纤维复合结构加工成芯材(如：叶片的结构泡沫芯材)、夹芯复合材料。其性能达到国际先进水平，通过了GL认证([注]：此前，该芯材我国依赖进口)。[12]

AIREX牌芯材、BAALTEK牌巴尔萨木(balsa)(Alcan Composites公司)可用于加工叶片(另讯：Alcan Composites公司在上海Tang Zhen(唐镇)工业区建成了“Alcan复合材料芯材中心”，具有AIREX牌芯材、BAALTEK巴尔萨木和其他芯材生产线。其目标是向中国和亚太地区提供主要用于风力机叶片的前沿复合材料芯材。)[13]瑞典利用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)做叶片芯材，可回收，回收料的性能、强度如初。[6]

2.4叶片壳体用环氧胶粘剂[14]

2.4.1概述

从横断面看，叶片基本上是主梁加壳体(又称：蒙皮)的结构形式，分为两种：①整体叶片：主梁是方形断面的整体箱型梁，整体壳体，利用环氧胶粘剂将二者胶合成整体;②分体叶片：主梁是两根工字梁，有两“半”壳体(上、下壳体)，利用环氧胶粘剂将上、下壳体和两根工字梁牢固地胶合成整体。

上述胶粘剂承受着极大载荷、工作环境恶劣，因此，其性能要求极高、苛刻。该剂一般选用触变材料，如：双组分(即：环氧树脂+固化剂)粘结剂。工艺要求：当其涂敷厚度>20～30mm时，立即呈现非流挂(下垂)状态(“non-slump ”properties)，并持续到产生凝胶(或下一个固化工序)时都维持着初始状态。

2.4.2 触变胶粘剂

(1)“物理触变”胶粘剂

往胶粘剂里添加触变剂(如：气相法白炭黑)，可快速使物料呈现非流挂状态(“non-slump ”texture)。当物料承受高剪切载荷(如：树脂与固化剂混合、工艺操作)过程中，物料上的合成应力会降低它的粘度，导致物料胶凝以前，破坏伸长了的物料形态(extruded texture)。许多情况下，配料过程(mixture)会降低物料的结构性能。因此，只有除掉物料的应力时，方可进行配料工序——这是现行“物理触变”为基础的材料的缺陷和局限性之一。

双组分材料的粘度很高，为了降低粘度，需采用高性能泵来进行输送。由于受风力劲吹，风力机叶片才得以驱动、运行。这样，势必使叶片持续产生复杂、大的振动和扭曲。叶片壳体里的胶粘剂一旦产生破损迹象，就不能再承受应力，否则势必使叶片内复合材料结构破坏、损毁以致叶片报废。

(2)“化学触变”胶粘剂

新颖“化学触变”胶粘剂(专利)，双组份，二者混合时当添加特定的、表面有酸性物质(acid entities)的填料时，呈现高分子量阳离子聚合物质子化现象，系统即刻呈现物理交联结构。该剂的粘度低，可以靠其自重(不用泵)进行输送。当被涂敷在垂直面上，承受着高剪切应力状态时，环氧树脂和固化剂不会急剧改变各自的粘度。本研究有下述三种胶粘剂系统：

系统1：环氧树脂+“化学触变”型固化剂1;

系统2：环氧树脂+“物理触变”型固化剂2，后者添加了大量气相法白炭黑碱性(based)触变剂，它垂直面上的抗流挂性(sag resistance)与系统1相同;

系统3：环氧树脂+“物理触变”型固化剂3，后者添加了大量气相法白炭黑碱性触变剂，在低剪切率下它的初始混合粘度大约与系统1相当。

研究说明：经过不同剪切冲击试验(低剪切→高剪切→低剪切…)和应力恢复期后，“物理触变”型系统的最终粘度较低;“化学触变”型系统1剪切冲击试验前、后的粘度相同。显然，上述两种技术的应力恢复期是不同的。“化学触变”型系统混合物料时产生应力恢复，涂敷后也立即产生(builds up)应力恢复。“物理触变”型系统里添加触变剂，可产生粘结结构(the structure d)。当承受高剪切率时，上述结构部分地被破坏，而且不能快速恢复。[14]

(3)纳米粒子的协和效应

研究发现，环氧树脂与一些特定的纳米有机粒子相混合后，会产生协和效应——显著提高材料的韧性。[14]某些纳米粒子与特定固化剂混合后，显著提高材料的韧性，但不降低热性能，对初始粘度的冲击也不大。[15]一般双酚A环氧树脂固化后较脆，温度敏感性较高，力学和热学性能较低。纳米碳管具有独特的物理性能：密度很小(钢的1/6)、高强度(拉伸强度50～200GPa[钢的100倍])、高模量(600 GPa)和优异的柔软性，是前者的理想增强材料。这并不是有机相与无机相的简单加和，而是纳米碳管和环氧树脂在纳米范围内结合形成，界面间存在较强或较弱的化学键，实现集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性能于一体的崭新复合。纳米碳管是强催化剂，可降低树脂的反应温度。当材料受力、破坏时，其优异的柔软性可吸收能量，提高树脂的强度。[27]Araldite™ EP1000AB新型纳米增韧环氧胶粘剂(Huntsman公司)，含特种分散型有机纳米粒子(亚微级)，可抑制微裂纹扩大，同时使连续固化的环氧基体耐高温。选用特种固化剂，不用热压罐，低于100℃固化;室温储存期>6个月。力学性能优异，使用简便，可用于粘结、修补叶片等。[16]

2.5新颖的FRP成型工艺

2.5.1微波固化工艺

微波固化具有独特的“场效应”和快速“体加热”特性，因而粘结剂固化速度快且均匀、粘结质量高，在快速修复飞机等航空装备中具有巨大潜力。 [28]FRP叶片、叶片模具的厚度和面积都较大，因此，物料固化过程中热量散布困难且不均匀，传统的固化工艺(电加热原理)无法快速而均匀地把热量传递到物料内部。德国ITC(弗劳恩霍夫化学研究所)利用树脂可吸收微波的原理，研究成用于碳纤维复合材料的微波固化工艺。研究说明，微波加热的复合材料物料的粘度较低，使其室温下变硬速度较慢，纤维更易融入树脂基体里，工艺修正时间很宽裕。该工艺的效率高、制品质优，废品、污染物极少，但对固化物件的安放位置要求精准、严格。[17]

2.5.2快步工艺(quickstep)[18]

快步工艺(西澳大利亚尼尔˙格拉哈姆发明)，利用流体(如：水)的热传导，通过流体震动，工作压力1～4磅/英尺2，高压炉的工作压力60～200磅/英尺2，属独特的充液、平衡压力、流动塑造工艺。加工时间约1h，可加工层压板、蜂窝式和泡沫芯夹层结构等制品。制品里的纤维含量很高(>70%)，孔隙含量极少，质量和性能优异。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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