大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析_贾智源
环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺
环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺摘要：本论文主要研究了环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺，该工艺在航空航天、汽车工业、船舶制造等领域具有广泛应用。
通过分析环氧树脂与碳纤维材料的特性，研究了有机结合工艺对增强材料性能和结构强度的影响。
本文以实验方法为主，通过制备不同配比的环氧树脂基复合材料样品，并进行机械性能测试、热性能分析、微观结构观察等实验，验证了有机结合工艺对材料性能的改善效果。
结果表明，环氧树脂与碳纤维的有机结合工艺能够显著提高复合材料的强度、刚度以及抗热性能，进而提高整体结构的耐久性和可靠性。
本研究对于推动环保材料的发展和应用具有重要意义。
关键词：环氧树脂，碳纤维，有机结合工艺，复合材料，机械性能，热性能1.引言随着科学技术的不断发展，高性能复合材料在各个领域扮演着越来越重要的角色。
环氧树脂和碳纤维作为两种重要的材料，具有优异的性能和应用潜力，二者的有机结合工艺成为研究的热点之一。
2.材料特性分析2.1环氧树脂的特性环氧树脂是一种由环氧基团组成的聚合物，具有许多独特的特性，使其成为许多应用领域中广泛使用的材料。
以下是环氧树脂的一些主要特性：1. 高强度和刚性：环氧树脂具有出色的强度和刚性特性，使其成为制造轻量化结构的理想选择。
它能够承受较大的负荷和应力，使其适用于航空航天、汽车和船舶制造等应用。
2. 良好的耐化学性：环氧树脂对许多化学品具有较好的耐性，包括酸、碱、溶剂和腐蚀性物质。
这使得环氧树脂可以承受各种恶劣环境条件下的应力和腐蚀。
3. 良好的电绝缘性：环氧树脂具有良好的电绝缘性能，可以阻止电流的流动。
因此，它在电子和电气领域中广泛应用，用于绝缘、封装和保护电子元件。
2.2碳纤维的特性碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。
碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。
碳纳米管-连续碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究
碳纳米管/连续碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究赵东林乔仁海沈曾民（北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室，碳纤维及复合材料研究所北京 100029）摘要：用竖式炉流动法，以二茂铁为催化剂，硫为助催化剂，苯为碳源制备了碳纳米管。
用T300连续碳纤维和多壁碳纳米管为增强体，环氧树脂为基体，制备了单向碳纤维与碳纳米管增强的树脂基复合材料，并研究了复合材料的力学性能，碳纤维的体积分数为60％。
基体中碳纳米管含量为0时，复合材料的断裂强度为1430Mpa，模量为118GPa；基体中碳纳米管含量为1wt％时，复合材料的断裂强度为1450MPa，模量为166GPa；基体中碳纳米管含量为3wt％时，复合材料的断裂强度为1780MPa，模量为164GPa；基体中碳纳米管含量为5wt％时，复合材料的断裂强度为1120MPa，模量为126GPa。
基体中碳纳米管含量为3wt％时，复合材料的力学性能最好。
关键词：碳纳米管，连续碳纤维，复合材料1 引言自1991年Iijima发现碳纳米管以来[1]，碳纳米管引起人们的广泛关注，成为化学、物理和材料等科学领域的研究热点。
制备碳纳米管的方法主要有石墨电弧法(又称直流电弧法)、催化裂解法、激光蒸发石墨棒法、热解聚合物法、火焰法、离子(电子束)辐射法、电解法、模型碳化等[2-9]，其中以Fe、Co、Ni等金属为催化剂，催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管的方法，使碳纳米管的工业化生产成为可能。
碳纳米管多种多样的形状和结构，使其具有许多潜在的应用价值，如用于材料的增强、一维量子导线、半导体材料、催化剂载体、分子吸收剂、隧道扫描和原子力显微镜的探头等。
碳纳米管具有管径小、长径比大的特点，直径在几十纳米以内，管的轴向长度为微米至厘米量级，是目前最细的纤维材料，这种独特的结构使碳纳米管具有优异的力学性能和独特的电学性能。
实验表明，单根多层碳纳米管杨氏模量平均为1.8 TPa，弯曲强度达14.2GPa[10]。
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究
碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究摘要：碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有出色的力学性能和优异的耐腐蚀性能，因此在许多领域广泛应用。
本研究使用真空浸渍工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行了详细研究。
结果表明，制备过程中的浸渍时间、浸渍压力和固化温度对复合材料的力学性能有显著影响。
1. 引言碳纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
其具有轻质、高强度、高模量、优异的耐腐蚀性能等特点，因此在替代传统金属材料方面具有巨大潜力。
本研究旨在通过真空浸渍工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行评估和分析。
2. 实验方法2.1 材料准备碳纤维和环氧树脂材料被选作本实验的主要原料。
碳纤维具有优良的力学性能和导电性能，是制备复合材料的理想选择。
环氧树脂具有良好的粘接性能和化学稳定性，可以作为基体材料。
同时，活性固化剂和助剂用于提高复合材料的性能。
2.2 制备过程（1）将环氧树脂均匀涂布在碳纤维上；（2）将涂布好的碳纤维经过真空排气处理；（3）将预处理好的碳纤维进行真空浸渍；（4）浸渍后的碳纤维进行固化过程。
2.3 力学性能测试采用传统的拉伸试验和冲击试验评估复合材料的力学性能。
拉伸试验用于评估复合材料的拉伸强度、弹性模量和断裂应变，冲击试验用于评估复合材料的冲击强度。
3. 结果与讨论3.1 浸渍时间通过改变浸渍时间，研究了浸渍时间对复合材料力学性能的影响。
结果表明，随着浸渍时间的增加，复合材料的拉伸强度和弹性模量呈增加趋势，但当浸渍时间过长时，力学性能开始下降。
这是由于过长的浸渍时间导致材料内部产生孔隙和缺陷。
3.2 浸渍压力通过改变浸渍压力，研究了浸渍压力对复合材料力学性能的影响。
结果显示，随着浸渍压力的增加，复合材料的强度和韧性都得到了提高。
这是由于高压可以更好地填充碳纤维与环氧树脂之间的空隙，提高界面的粘合强度。
碳纤维真空灌注成型用环氧树脂的流变特性分析
２ 结 果 与讨 论
２ ． １ 动态 粘度 特性
空隙， 树 脂 流 动 顺 利 。而 碳 纤 维 的单 丝 直 径 在 ６～ ８ ｍ， 在 真空 压实 后体 系 内空 隙远 小 于玻 璃 纤 维 体 ， 常规 树 脂渗 透 困难 。大 型碳 纤维 复 合材 料结 构 件 的 真空 灌 注 是 典 型 的 液 体 在 低 渗 透 介 质 长 程 流 动 过 程， 需 要 较长 的成 型 时 间 。为 实 现 安 全 的碳 纤 维 复 合 材 料厚 制 件成 型 ， 对 环 氧 树 脂 的 低 粘度 平 台 提 出
～
１ ． １ 原材 料
两种 环 氧树脂 体 系 ： Ｒ Ｉ Ｍ１ ３ ５和 Ｒ Ｉ Ｍ１ ４ ５ ， 迈 图化 工企 业管 理 （ 上海 ） 有 限公 司。
１ ． ２ 仪器 与测 试
利用 德 国 Ｈ Ａ Ａ Ｋ Ｅ公 司 的 Ｒ ｈ ｅ ｏ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ６ ０ ０ ０流 变
仪（ 采用平 板 系统 ， 样品厚度 ０ ． ２ ｍ ｍ） ， 测 量 两 种 环 氧树 脂体 系在 ２ ￣ Ｃ ／ ｍ ｉ ｎ升 温 条 件 下 的粘 度 ． 温 度 曲 线； 分 析升 温状 态 下 的 粘度 曲线 ， 选 取 ４个 温度 点 ，
再测 量恒 温状 态下 的粘度 一 时 间曲线 。
碳 纤 维复合 材 料 以其 高 比强度 和 高 比模 量 的性 能 优点 而 广泛 应 用 在 航 空 、 航 天 和风 电 叶片 制 造 等 领 域 ］ 。近 年来 风 电 叶片 的大 型 化发 展 趋 势使 得 这 一领 域碳 纤 维 的使用 变 得越 来越 重 要 。使 用 厚 尺 寸碳 纤 维 复合 材料 作 为结 构件 可 以大 大减 轻 风 电 叶 片 的总 体 质量 。在 风 电叶 片 中 ， 降 低 质 量 并 增 加 刚
几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析
几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析摘要
环氧树脂复合材料在风力发电叶片中具有广泛应用。
本文比较了三种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的性能：玻璃纤维增强聚酰胺复合材料，碳纤维增强聚酰胺复合材料和碳纤维增强环氧树脂复合材料。
三种材料在弯曲强度、拉伸强度、尺寸稳定性、耐磨性、抗冲击性和绝缘性等方面进行了比较分析，并给出了实际应用中不同材料的优劣势。
最后，在综合考虑工程和经济的同时，优化了大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的选择。
关键词：环氧树脂复合材料；玻璃纤维增强聚酰胺；碳纤维增强聚酰胺；碳纤维增强环氧树脂
1绪论
风能是可再生能源，在各国积极推广发展环保能源的政策框架下，风力发电使用的叶片材料特性被更多的注意，环氧树脂复合材料在叶片材料中得到了广泛的使用[1]。
随着叶片加厚、叶片延伸范围和叶片耐久性要求的提升，环氧树脂复合材料的性能将直接影响风力发电叶片的使用寿命和可靠性[2]。
环氧树脂复合材料具有良好的力学性能、化学稳定性、耐冲击性和优异的热稳定性等特点，是任何应用场合中的优选材料[3]。
《酰亚胺骨架超支化环氧树脂-碳纤维复合材料的制备及性能研究》
《酰亚胺骨架超支化环氧树脂-碳纤维复合材料的制备及性能研究》酰亚胺骨架超支化环氧树脂-碳纤维复合材料的制备及性能研究摘要：本研究以酰亚胺骨架超支化环氧树脂与碳纤维为研究对象，通过特定的制备工艺，成功制备了复合材料。
本文详细介绍了该复合材料的制备过程、结构表征以及性能分析，探讨了其在潜在应用领域的前景。
实验结果表明，所制备的复合材料具有良好的综合性能，为相关领域的研究与应用提供了新的思路。
一、引言随着科技的发展，复合材料因结合了不同组分的优异性能而广泛应用于航空航天、医疗器械、电子工程等领域。
碳纤维作为一种高强度、高模量的材料，在复合材料中得到了广泛应用。
本文将研究酰亚胺骨架超支化环氧树脂与碳纤维的复合材料制备及性能，以期提高复合材料的综合性能。
二、材料与方法1. 材料准备选择适合的酰亚胺骨架超支化环氧树脂与碳纤维作为原料，进行混合和复合。
2. 制备工艺（1）碳纤维预处理：对碳纤维进行表面处理，提高其与树脂的相容性。
（2）树脂混合：将酰亚胺骨架超支化环氧树脂进行熔融混合。
（3）复合制备：将预处理后的碳纤维与混合后的树脂进行复合，经过一定的热处理过程，形成复合材料。
3. 结构表征与性能分析利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对复合材料的微观结构进行观察；通过拉伸试验、弯曲试验等手段对复合材料的力学性能进行测试；同时，对复合材料的热稳定性、电性能等进行综合评价。
三、结果与讨论1. 结构表征通过SEM和TEM观察发现，酰亚胺骨架超支化环氧树脂与碳纤维之间形成了良好的界面结合，碳纤维在树脂基体中均匀分布，无明显的团聚现象。
2. 性能分析（1）力学性能：经过拉伸和弯曲试验，发现所制备的复合材料具有较高的拉伸强度和弯曲强度，表现出良好的力学性能。
（2）热稳定性：该复合材料具有良好的热稳定性，能够在较高的温度下保持稳定的性能。
（3）电性能：通过测试发现，该复合材料具有一定的电绝缘性能，适合于电子工程领域的应用。
碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展
碳纤维增强复合材料用环氧树脂研究进展摘要：综述了环氧树脂的合成方法、固化方法以及改性的研究现状以及理论知识，介绍了碳纤维增强环氧树脂复合材料的生产和性能，重点讲述了环氧树脂的改性方法。
关键词：环氧树脂；碳纤维；复合材料；改性碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量、综合性能优异的新型纤维材料，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维作为一种高性能纤维,具有高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、抗蠕变、耐辐射、耐疲劳、导电、传热和热膨胀系数小等诸多优异性能。
此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1]。
碳纤维既可用作结构材料来承载负荷,又可用作功能材料。
因此在国内外碳纤维及其复合材料近几年的发展都十分迅速。
碳纤维的制备是有机纤维进行碳化的过程，在惰性气体中将含碳的有机物加热到3000℃左右，非碳元素脱离，碳元素含量逐步增大并最终形成碳纤维。
其典型的宏观结构如图1所示。
图1 碳纤维的宏观结构a 整体效果b 局部效果1891年德国的Lindmann用对苯二酚和环氧氯丙烷合成了树脂状产物，1909年俄国化学家Prileschajew发现用过氧化苯甲醚和烯烃反应可生成环氧化合物，在19世纪末20世纪初的这两个重大发现揭开了环氧树脂走向世界的帷幕。
环氧树脂是一类重要的热固性树脂,是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂。
环氧树脂具有优异的粘接性能、耐磨性能、机械性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能,以及收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点,在胶粘剂、电子仪表、轻工、建筑、机械、航天航空、涂料、电子电气绝缘材料及先进复合材料等领域得到广泛应用[2]。
我国环氧树脂的研制开始于1956年，在上海、沈阳两地首获成功，并在1958年于上海首先开始了工业化生产。
到了60年代中期国内开始研究新型的环氧树脂，如脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油酯环氧树脂、聚丁二烯环氧树脂等种类，70年代末着手开发了元素改性环氧树脂、特种环氧树脂等诸多新品种。
风电叶片用环氧树脂的固化动力学研究_贾智源
风电叶片用环氧树脂的固化动力学研究贾智源1，2赵俊山1邱桂杰1陈淳1薛忠民1付绍云2（1.中材科技风电叶片股份有限公司，北京102101；2.中国科学院理化技术研究所，北京100190）摘要通过差式扫描量热仪（DSC）进行非等温实验，研究了风电叶片生产用环氧树脂的固化过程，分析表明：该固化反应为多种反应共存的复杂反应，采用唯像法模型拟合确定其反应动力学方程为dαd t=1.141ˑ105exp－6655.87()T（1－α）0.897。
若树脂体系固化时处于恒温状态，则此反应动力学方程的解为α=1－1－1.175ˑ104t exp－6655.87() []T 9.7，明确了固化度与时间和温度之间的关系。
这一研究为风电叶片用环氧树脂的固化工艺优化提供了理论基础。
关键词差式扫描量热；环氧树脂；固化动力学当前国内大型风电叶片的生产中，主要采用适合于低成本、大制件制作的真空辅助树脂传递模塑工艺（VARTM）。
这一工艺多采用具有固化温度低、黏度小的环氧树脂作为基体材料闭模成型，具有成型效率高与环境污染小的优点［1］。
因而，近年来发展的比较迅速，广泛应用于航空航天、汽车以及风电等各个领域。
风电叶片作为大型复合材料制件，其生产周期和基本性能与树脂的固化过程紧密相关。
在树脂和固化剂体系确定的前提下，选取适当的固化工艺条件以缩短固化周期，并获得具有适用力学性能的复合材料的研究对获得低成本高质量的叶片产品显得尤为重要。
树脂的固化反应动力学可以确定树脂的反应速率与温度和固化程度之间的关系，是优化树脂固化工艺较为直接有效的方法［2］。
本文对风电叶片生产用环氧树脂的固化动力学进行了研究，以期确定最佳的固化工艺条件。
1实验1.1主要原材料MGS RIM135环氧树脂和MGS RIMH137固化剂，均为工业品，美国瀚森公司生产。
1.2测试方法和仪器采用美国TA公司的Q20型差式扫描量热仪以不同的升温速率1ħ/min、2ħ/min、4ħ/min、8ħ/min、16ħ/min分别对组成固定的树脂体系进行动态变温扫描。
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Ｒesin system 145 ～ 0． 5 2515 3325 2511 A0 33． 25839 33． 15442 98． 92878 79． 69172 A1 － 0． 17651 － 0． 15811 － 0． 57974 － 0． 45849
图1 Fig. 1
流变模型预测的四种环氧树脂体系 Prediction results by rheological model for resin system studied
， 预报结果列于图 1 （ 1） （ 2） （ 3）
log（ η） = a + bt a = A0 + A1 T + A2 T2 b = B0 + B1与最佳灌注温度
真空导入工艺用树脂的适用期是指能够满足真 空导入充模过程粘度要求所能达到的最长时间 。 有 研究表明树脂体系在注入纤维预成型体的过程中 ， 其粘度应当控制在 500 ～ 800mPa·s， 以保证树脂充
145 树脂体系是一种三组分树脂体系， 其促进剂的 含量 可 以 变 化， 本文研究的仅是促进剂含量为 0. 5% 的树脂体系。如果降低促进剂的用量， 145 树 脂体系的适用期还会更长， 这一点已经在以往的研 究中得到证实
［16 ］
。145 树脂体系也同时拥有最高的
最佳灌注温度， 达到了 60 ～ 65℃ ， 而普通的玻纤用
Note： The parameters of the rheological model for 145 ～ 0． 5 were from reference［13］ ．
如图 1 所示， 四种环氧树脂表现出完全不同的 适用期和最佳灌注温度。所有碳纤用树脂体系的适 用期都长于常规的玻纤用树脂体系， 区别只是增加 的幅度不同。适用期最长的是 145 树脂体系， 其适 用期几乎是常规树脂体系的 3 倍， 增幅最小的 3325 体系其适用期仅增加了 20% 左右。 需要说明的是 FＲP / CM 2015. No. 5
不同温度下达到目标粘度的时间曲线
流变模型拟合参数
The rheological model parameters
A2 2． 2175 × 10 － 4 － 1． 4886 × 10 － 4 8． 17489 × 10 － 4 6． 25828 × 10 － 4 B0 0． 02107 0． 07755 0． 04352 0． 03698 B1 － 1． 29242 × 10 － 4 － 4． 94510 × 10 － 4 － 2． 91561 × 10 － 4 － 2． 54920 × 10 － 4 B2 1． 98475 × 10 － 7 7． 89462 × 10 － 7 4． 89912 × 10 － 7 4． 40518 × 10 － 7
2015 年第 5 期
13 玻璃钢 / 复合材料 树脂体系的这一温度仅仅在 30 ～ 35℃ 。 在实际的 工程应用中， 大型碳纤维复合材料结构件长度可以 超过 40m， 厚度达到 30mm 以上， 这是普通的碳纤维 制品所不具备的特征。为了实现这些大型构件的成 通常使用单面硬模加热的方式成型 ， 较高的灌注 型， 温度和短时大量的树脂需求， 会使得碳纤维预成型 通常树脂 体和树脂体系的预热变得很困难。 因此， 的最佳灌注温度越接近室温， 越有利于大规模工业 化的使用。在工程化的应用中， 还可能由于树脂放 热集中而缩短实际适用期。 这里使用 DSC 测试了 四种树脂体系完全固化后的放热， 列于表 2 中。 可 以看到， 碳纤用树脂体系都表现出低放热的特点 ， 其 中 145 树脂体系放热量最小， 因而可以推断在实际 的应用中 145 树脂长适用期的特性将会更加突出。 由于缺乏行业标准， 对于碳纤维结构件究竟需要树 脂有多长的适用期并没有明确的规定， 能够确定的 是长适用期将有助于成型更厚的制件 。 通过上面的 可以灌注的最大厚度排序为 145 ＞ 分析可以确认， 这两种环氧酸酐固化体系， 所需要的固化条件较为 ， 苛刻 都 需 要 长 时 间 和 高 温 才 能 达 到 目 标 Tg， 而 3325 和 2511 这两种环氧胺固化体系则可以在较低 的温度下固化。 对于真空导入成型的大型复合材料构件， 固化 过程主要为一面依靠单面模具加热， 另一面铺放保 温材料保温， 这是一种不均衡的加热方式， 固化的热 源除了模具自身外， 更多依赖于树脂的自放热。 因 此具有低温快速固化优势的环氧胺固化体系具有 明显的工程化应用可行性， 能够减少占模时间， 降低 成本。表 3 中给出了四种树脂体系在不同的固化制 145 树 脂 体 系 和 度下的 Tg 值， 从 表 中 可 以 看 到， 2515 树脂对固化条件要求比其他两种的树脂高， 尤 其是 145 树脂体系。主要原因是厂家提供的技术说 明文件中提到 145 树脂与 2515 树脂体系的固化剂 而其他两种固化剂是胺类， 两种固化剂的 是酸酐类， 固化机理不同。 酸酐类体系反应活化能较高， 酸酐 固化环氧树脂需要较高的固化温度和较长的固化 时间。
2015 年第 5 期
11 玻璃钢 / 复合材料
大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析
* 贾智源 ，宋秋香，关晓方 （ 中材科技风电叶片股份有限公司，北京 102101 ）
摘要： 应用真空导入成型技术制作大型碳纤维复合材料结构件 是 大型化风电叶片 制 造技术 的 一个 重要 发展 方 向。 由于 碳纤维预成型体的可渗透性远远低于玻纤预成型体， 因此具有特殊性能的环氧树脂是这一技术成功的关键。 本文 系 统 分析了 三种专用环氧树脂体系的适用期、 固化行为和力学性能， 并与普通玻纤用环氧树脂进行了对比。分析结果 表 明， 三 种专 用树脂 的适用期长短不一， 但都大于普通树脂; 环氧酸酐体系固化过程中 性能建立 慢 的 特 点， 使其 在大型结构件 的 应 用 中 存 在风 险; 预成型体预热有助于获得高纤维体积含量和力学性能更佳的碳纤维复合材料。 关键词： 碳纤维; 环氧树脂; 风电叶片; 真空导入 中图分类号： TB332 ； TQ323. 5 文献标识码： A 文章编号： 1003 － 0999 （ 2015 ） 05 － 0011 － 05
的优点。风电叶片中使用的碳纤维直径仅为所使用 普通 E 玻纤直径的 1 /3 左右， 使得碳纤维预成型体 树脂导入难度显著 的渗透率远低于玻纤预成型体， ［9 ］ 。 ， 增大 较低的渗透率意味着 同样条件下， 制作同 样大小的复合材料结构件， 需要更长的工艺时间。 使用风电叶片制造中常用的环氧树脂体系制作碳纤 维复合材料结构件存在较大的工艺风险 ， 为此， 国内
1020 收稿日期： 2014基金项目： 国家高技术研究发展计划 （ 863 计划） 资助 （ 2012AA03A205 ） ） ，男，博士，高级工程师，主要从事风电叶片原材料评测技术与低成本复合材料成型技术研究。 作者简介： 贾智源 （ 1980-
FＲP / CM 2015. No. 5
12 2015 年 5 月 大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析 用于对比的常规环氧树脂体系。
2 实 验 2. 1 原材料
MGS ＲIM145 （ 简称 145 ） 三组分环氧酸酐体系， 包含树脂 MGS ＲIMＲ145 、 固化剂 MGS ＲIMH145 、 促 进剂 MGS ＲIMH145 三种组分， 由迈图化工企业管 理（ 上海） 有限公司提供； 2515A / B （ 简称 2515 ） 双组 分环氧酸酐体系和 2511A1 / BS （ 简称 2511 ） 双组分 环氧胺体系， 由上纬 （ 天 津 ） 风 电 材 料 有 限 公 司 提 供； AM 3325A / B （ 简称 3325 ） 双组份环氧胺体系由 广州市博汇新材料科技有限公司提供。 其中 145 、 2515 和 3325 为碳纤维专用环氧树脂体系， 2511 为
［10 ～ 12 ］ 。 模过程的顺利进行和树脂对纤维的彻底浸润 而由于碳纤维预成型体的渗透率较低， 要求树脂粘
度不能过高， 本文选择 500mPa · s 作为限定值。 环 氧树脂的粘度增长速度依赖于所处的温度， 通常温 度越高粘度增长越快。适用期的长短与所处温度和 温度和初始粘度都处于低值， 适用期 初始粘度有关，
［8 ］ 料的工艺方法 。这一技术使用一面硬模一面真空 袋， 具有工艺成本低、 适合制作大型复合材料结构件 ［1 ～ 5 ］
外的环氧树脂厂家积极研发， 至少已经有三种碳纤 维专用树脂体系可供选择。由于行业内尚无统一的 技术要求， 因此各厂家独立开发的碳纤维专用环氧 树脂表现出不同的性能特点， 有环氧酸酐固化体系 的， 也有环氧胺固化体系的， 有需要预热灌注的， 也 有不需要预热灌注的。这在一定程度上给风电叶片 制造方造成了困惑： 何种树脂才是大型碳纤维复合 材料结构件需要的， 如何应用才是恰当的？ 为了回 答上述问题， 有必要对大型碳纤维复合材料结构件 用环氧树脂体系进行分析研究。 本文选取了三种已知的大型碳纤维结构件用环 氧树脂体系和一种常规的环氧树脂体系进行对比分 析， 系统研究了树脂适用期、 固化条件和力学性能的 差异。这一研究为推动大型碳纤维结构件的低成本 化应用建立一些基础。
1
引
言
目前风电产业快速向陆上低风速区和海上发 展， 出于追求度电成本降低的目的， 叶片长度不断增 。碳纤维由于其高比模、 加， 减重需求越发突出 高比强的性能优势， 特别适用于制作轻质大型风电 叶片的主承力结构， 但成本高的缺点制约了它的大 ［6 ， 7 ］ 。 规模应用 国内外的许多叶片公司， 包括通用 电气、 维斯塔斯、 西门子、 中材叶片等都已经实现了 碳纤维复合材料风电叶片的批量化生产， 并且所采 用的成型技术都是预浸料技术。与预浸料成型工艺 相比， 真空导入工艺由于对模具要求低和不需要低 而具有明显的成本优势。 为降低碳 温储藏和运输， 纤维复合材料的应用成本， 大型碳纤维复合材料结 构件的真空导入成型技术近年来成为研究热点 。 真空导入工艺是在真空状态下排除纤维预成型 体中的气体， 通过导流介质加速树脂的流动、 渗透， 实现对纤维及其织物的快速浸渍， 并在一定的加热 条件下进行固化， 形成一定纤维 / 树脂比例的复合材