两种大型风力发电叶片用真空灌注环氧树脂的对比分析-第2页-北极星风力发电网

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3. 3 放热峰曲线

大型风电叶片的壳体长度一般在50 m 以上，叶根处厚度高达100 mm，为了避免环氧树脂在固化过程中由于温度过高而导致真空薄膜的损坏、三明治结构中的泡沫变性和树脂的焦化现象等，通常要求树脂体系的放热峰温度尽量低，同时为了保证较长的可操作时间，还要求树脂体系的放热峰时间要长。分别测试100 g 和1 kg 树脂混合体系在不同环境温度下的体系内温度随时间的变化趋势，图2 和图3分别展示了100 g 和1 kg 的MEＲICAN 3311A/B 以及国外进口产品两种树脂体系的固化放热曲线。

如图2 所示，在环境温度较低( 20 —— 40 ℃) 的情况下，环氧基团与胺基之间反应活性较低，放热过程较慢，达到最高放热峰的时间较长，在28 ℃环境温度下，MEＲICAN 3311A/B 和进口产品的放热峰温度均在35 —— 45 ℃之间，但MEＲICAN 3311A/B 达到最高放热峰的时间相对延长了0. 5 h 左右，说明MEＲICAN3311A/B 的环氧树脂体系室温活性更低，适用期更长，这与2. 2 节中的结论是一致的。随着环境温度的升高，反应速度加快，体系内温度上升也快，可以看到，当树脂温度上升至50 —— 60 ℃附近时，两种树脂体系内温度都快速上升至最高峰，但总体来说，MEＲICAN 3311A/B 达到最高峰的时间相对较长，温度相对较低。另外，对比图2 和图3 中相同温度下的放热曲线可知，树脂用量增大，体系内的温度上升普遍加快，这取决于环氧-胺固化体系为一个放热的过程，但MEＲICAN 3311A/B 环氧体系的放热峰仍接近甚至低于进口产品，时间也相对较长。当环境温度高于50 ℃时( 见图2) ，即外界温度达到预固化温度时，两种树脂体系的固化放热曲线非常接近，均在60 min 以内达到峰值点200——250 ℃。这说明MEＲICAN 3311A/B 和进口产品树脂体系的中温反应活性均比较高，这对灌注之后的固化过程是相当有利的。

3. 4 凝胶时间

如果完成灌注后，环氧树脂能够在一定温度下快速固化，将有利于节省制作时间，提高生产效率，这就对树脂体系在固化温度下具备较高的反应活性提出了一定的要求。2. 3 节中，通过固化放热曲线的测定得知，MEＲICAN 3311A/B 在室温下反应活性较低，但中温下活性与进口产品相当。为了进一步考察树脂体系在中高温下的反应活性，在不同温度的热台上测试MEＲICAN 3311A/B 和进口产品两种树脂体系的凝胶时间，样品的厚度在1 mm 左右，实验结果如图4 所示。

从图4 中可以看到，两种树脂薄层在60 ℃热台上的凝胶时间均为70 —— 80min，其中MEＲICAN3311A/B 树脂体系凝胶相对延迟一点，但随着热台温度的升高，MEＲICAN 3311A/B 体系的固化速度提升更有利，甚至比进口产品的凝胶时间还要短，由此可见，MEＲICAN 3311A/B 树脂体系具有室温活性低、适用期长、中高温下固化快速的特点，可完全满足大型风电叶片的工艺和固化的高要求。

3. 5 固化物性能

风电叶片长期在不同的环境下运转，使用寿命较长，这就要求环氧树脂基体具有较好的耐热性能、强度和韧性等。因此，风电叶片用环氧树脂资质认证的权威机构——德国劳氏船级社( GL) 对使用树脂的浇注体固化物性能提出了具体的参数指标，包括: 玻璃化转变温度≥65 ℃; 拉伸强度≥55 MPa; 拉伸模量≥2700 MPa; 断裂伸长率≥2. 5%; 弯曲强度≥100 MPa; 弯曲模量≥2700 MPa。测试MEＲICAN 3311A/B 和进口产品两种树脂体系固化物的热和机械性能，结果如表3 所示。

两种树脂体系的玻璃化转变温度均超过80 ℃，具有较好的耐热性能，且其值远高于GL 认证的要求( Tg≥65 ℃) ; MEＲICAN 3311A/B 环氧树脂固化物的拉伸强度和模量分别为70. 5±0. 4 MPa、2957±130 MPa，弯曲强度和模量分别为120 ± 0. 4 MPa、3187±13 MPa，均略高于进口产品的相关参数值。其中拉伸过程的应力-应变曲线如图5 所示，显然，两种树脂在受拉应力过程中，都超过屈服点( 即最大应力值) 才发生断裂，断裂伸长率均高达9. 0%( 如表3 所示) ，结合图6( a) 和图6( b) 的拉伸断口SEM照片可以看出，两种树脂体系的拉伸破坏断口的表面呈片状层叠，即均表现为韧性断裂。

从以上测试结果可以看出，MEＲICAN 3311A/B环氧树脂固化物的热和机械性能完全符合GL 认证的相关要求，并且已经达到甚至超越了进口产品的水平。

04结论

本文主要针对大型风电叶片用真空灌注环氧树脂，对比分析了国产高性能环氧树脂体系MEＲICAN3311A/B 和进口某产品的相关工艺、固化和机械性能等。结果显示，MEＲICAN 3311A/B 具有与国外产品相同的低粘度、更长的可操作时间、更低的放热峰温度等特点，适用于真空灌注工艺，满足大型风电叶片对树脂工艺性的高要求; 同时，MEＲICAN 3311A/B环氧树脂固化物的热和机械性能良好，已经达到甚至超越了进口产品的水平。因此，国产MEＲICAN3311A/B 环氧树脂体系完全适用于制造大型风电叶片部件和其他大型复合材料制品。

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