风电叶片灌注树脂固化性能研究
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风电叶片灌注树脂固化性能的影响
刘 魁1，杨孚标2，冯学斌1，雷志敏1，杜 雷1，梁自禄1
(1.时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412007；2.
国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙 410073)
摘要：采用不同固化条件固化环氧浇铸体，对其进行玻璃化转变温度和静力学性能测试，研究不同固化条件对环氧固化物性能的影响。测试结果显示Tg存在最佳值。通过测试结果可知环氧树脂在40℃10h预固化后再经过70℃3h后固化测得的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别较40℃10h固化提高了11.64%、14.72%和20.61%，可以达到更好的固化性能。通过研究环氧浇铸体拉伸和弯曲载荷-位移曲线，发现固化后的环氧树脂经过更高温度的后固化可以有效降低体系内的应力，获得更好更均匀的性能。
关键词：环氧树脂；固化工艺；力学性能；玻璃化转变温度
Study on the curing properties of wind blade epoxide resin
LIU Kui1,YANG Fubiao2,FENG Xuebin1,LEI Zhimin1,DU Lei1,LIANG Zilu1
(1.Zhuzhou Times New Materials Science and Technology Co,Ltd,Zhuzhou
412007,China;2.National Univ. of Defense Technology ,College of Aerospace and
Material Engineering , Changsha 410073,China)
Abstract: Cured the epoxide resin castings under different processes, tested the static
mechanical properties and glass transition temperatures to study the influence on
epoxide resin casting properties by different curing processes. The test results show that
the best value of Tg is existing. The tensile strength, flexural strength and compressive
strength of the epoxide resin casting under the process of 40℃ 10h pre-curing and 70℃
3h post-curing are increased by 11.64%, 14.72% and 20.61% respectively comparing
with the one under the curing process of 40℃ 10h. Obviously, the former one has better
properties. It is found that the internal stress of epoxide resin casting can be effective
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reduced by post-curing process of a higher temperature, and this process also bring us
better and more homogeneous epoxide resin properties.
Keywords: epoxide resin, curing process, mechanical property, glass transition
temperature
1 概述
随着风电叶片的快速发展,环氧树脂大量的应用于叶片的生产中，环氧树脂作为叶片成型的主要基体材料能提供良好的力学性能[1]。固化温度对固化物的性能具有重要影响[2]，同一种树脂在不同固化条件下固化可能性能相差极大，因此需要寻求最佳固化制度[3]。固化不好的环氧树脂存在交联密度不均一、内应力大、质脆和抗冲击性差等缺点，在很大程度上限制了它在风电叶片上的应用。
固化反应属于化学反应，受固化温度影响很大，温度升高反应速度加快，但固化温度过高常使固化物性能下降，所以存在固化温度上限，必须选择合适的固化速度和固化物性能折中的温度作为合适的固化温度。按固化温度可以把固化剂分为四类：1）在室温下固化的固化剂；2）在室温至50℃固化的室温固化剂；3）在50℃-100℃的中温固化剂；4）在100℃以上的高温固化剂[4]。为了更好的保证环氧灌注树脂在叶片
作者简介：刘魁，男，硕士，高级工艺师，主要从事复合材料风力发电叶片的工艺研究
上的应用，通过对环氧树脂在进行室温固化、中温固化、室温预固化再中温后固化以及中温预固化再更高温度后固化等条件下的玻璃化转变温度和力学性能测试的数据，研究环氧树脂在不同固化条件下其性能的变化。
2 实验部分
2.1 材料与仪器
双酚A型低粘度环氧树脂(环氧值0.54-0.58)与多元胺为主体的固化剂，按照100:30的质量份配比。
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万能拉力机：美特斯CMT5105
差示扫描量热议(DSC):瑞士梅特勒DSC821e
2.2实验方法
2.2.1树脂体系玻璃化转变温度(Tg)测试
环氧树脂和固化剂按照比例进行混配，按设定好的固化程序进行固化。采用梅特勒差示扫描量热仪对固化好的样品进行Tg分析。测试玻璃化转变温度以20℃/min进行升温，氮气流量为50ml/min。
2.2.2树脂浇铸体制备及性能测试
将环氧树脂和组装好的模具放置烘箱中40℃放置1h,对环氧树脂和固化剂按比例配好，搅拌均匀后放入真空脱泡箱内当真空度达到-0.1Mpa后脱泡15min，待脱泡完毕后缓慢放气，将胶液引流注入浇铸体模具中，然后再将浇铸体模具放入真空脱泡箱脱泡15min，将脱好泡的浇铸体放入烘箱中按设定的加热程序进行加热固化，固化方案如表1所示。制备好的试样，在万能拉力机上按国标GB/T2567-2008测试其拉伸、弯曲和压缩性能。
表1 固化实验方案设计
固化程序 室温固化 中温固化 室温预固化
中温后固化 中温预固化
中温后固化
实验温度设置 40℃10h 70℃3h 40℃10h+ 70℃3h 70℃3h+
80℃2h
3 结果与讨论
3.1 不同固化工艺对Tg的影响
Tg是链段从冻结到运动的转变温度，而链段运动是通过主链的单键内旋转而实现的，高分子链段的柔顺性越好其Tg越低。另外分子链端浓度对Tg也有影响，链端比分子链的中间段受到的制约要小些，运动比链中段要容易，所以分子链段越小链端浓度就越高其Tg就越低[5]。
表2 不同固化制度下的Tg温度
固化条件 40℃10h 40℃10h
70℃3h
70℃3h 70℃3h
80℃2h
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玻璃化温度 52.04℃ 79.38℃ 79.69℃ 69.46℃
不同固化制度下的Tg温度如表2所示，40℃10h固化其分子主要以线性大分子存在，但大分子没有充分交联成网络结构且分子的分子量不高，使得链端浓度较高，所以玻璃化温度较低。再经过70℃3h后固化测得样品的Tg明显升高，说明在后固化中体系内自由体积膨胀，大分子和体系内的活性基团进一步反应，提高分子的交联度，这与直接在70℃3h下固化时的Tg值相差不多。说明40℃10h固化的样品在70℃3h后固化中固化较完全。但70℃3h固化后再经过80℃2h的后固化Tg值明显降低。说明环氧树脂固化工艺存在最佳固化条件，当固化温度和固化时间超过最佳条件，其固化物的玻璃化转变温度会出现降低。
3.2 不同固化条件对力学性能的影响
不同固化条件下环氧树脂浇铸体的拉伸、弯曲载荷-位移曲线如图1-8所示，从图中拉伸和弯曲的载荷-位移曲线观察在初步固化反应结束后样件测试的载荷-位移曲线分散性较大，再进行较高温度的后固化其载荷-位移有很好的重合度，可以断定后固化可以使样件达到较好的力学均一性。从拉伸载荷-位移曲线观察40℃10h样件直接断裂无屈服阶段，样条的断裂伸长率为6.58%，比其它几组条件数据值要低，说明此条件可能固化温度较低反应物只形成了分子量不高的大分子交联体，没有充分交联成网络结构。
图1 40℃10h拉伸载荷-位移曲线 图2 40℃10h70℃3h拉伸载荷-位移曲线
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图3 70℃3h拉伸载荷-位移曲线 图4 70℃3h80℃2h拉伸载荷-位移曲线
图5 40℃10h弯曲载荷-位移曲线 图6 40℃10h70℃3h弯曲载荷-位移曲线
图7 70℃3h弯曲载荷-位移曲线 图8 70℃3h80℃2h弯曲载荷-位移曲线
对环氧浇铸体进行静力学性能测试，通过测试拉伸、弯曲、压缩的强度和模量比较4种固化条件下环氧固化物性能的变化，如表3。
表3 不同固化制度测得力学性能
固化制度
力学性能 40℃10h 40℃10h70℃3h 70℃3h 70℃3h80℃2h
抗拉强度(Mpa) 62.20 69.44 68.01 65.98
弹性模量(Mpa) 3148.92 3152.76 3060.06 2748.35
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最大载荷伸长率% 6.58 7.83 7.26 7.20
弯曲强度(Mpa) 97.42 111.76 79.84 94.13
弯曲模量(Mpa) 3305.16 3151.17 3013.18 2866.83
压缩强度(Mpa) 73.16 88.24 83.31 81.46
弹性模量(Mpa) 2367.30 2418.10 2370.91
2085.80
力学性能测试结果见表3。表3中的数据是所测试数据的平均值，可以看出环氧固化体在40℃10h70℃3h的各项拉伸、弯曲和压缩的强度及模量综合数据是4组工艺条件下最优的。本固化剂是脂肪族胺和芳香胺的混合物且脂肪胺占有主要成分。在温度较低时固化，伯胺反应占有绝对优势且叔胺本身存在空间位阻效应使得反应体系难以充分形成体形交联。在40℃10h固化完后再进行70℃3h后固化测得拉伸强度升高至69.44Mpa，在高温后固化中大分子链进一步交联，使得分子链之间交联在一起，提高体系的交联密度。经过70℃3h后固化其抗拉强度、弯曲强度和压缩强度分别较40℃10h固化提高了11.64%、14.72%和20.61%。
本环氧固化剂是以多元胺为主体的固化剂，首先是伯胺的活泼氢与环氧反应本身生成仲胺，再进一步与环氧反应生成叔胺，最后形成交联的网络结构。伯胺基、仲胺基易发生反应[4]，叔胺具有催化机能由于空间位阻现象使得在固化温度较低时反应中一般是伯胺基优先与环氧基进行反应，形成带有支链较少的大分子，而叔胺则较难参与反应。在70℃固化时，由于反应温度高，分子运动剧烈环氧基与伯胺基反应的优先程度降低，伯胺反应优先的情况下且高温下分子运动剧烈叔胺的空间位阻效应降低，链增长反应和分子间的交联反应同时进行，使得大分子迅速交联成体型网络结构。随着黏度上升体系迅速固化，分子之间作用力没有达到平衡状态，整个体系内应力较大，样件的力学分散性较大，且由于内应力的存在使得力学性能较40℃10h70℃3h测试的结果要低。由于高温反应体系反应剧烈，造成分子量均一性较差，所以70℃3h80℃2h的模量相对较低。40℃固化分子间反应较温和，体系内的分子量分布较均一，所以再经过70℃3h后固化使得体系充分交联，这样体系内的应力较低，且分子量也比较均一，所以样件在强度和模量上均可以达到较好的性能。
风力发电叶片PVC发泡材料的吸胶量研究
风力发电叶片PVC发泡材料的吸胶量研究
摘要：针对环氧树脂价格上涨导致叶片制造成本增加的问题，基于实验室测试风电用PVC发泡材对环氧树脂的吸收率，使用了扫面电子显微镜对泡沫的微观型面进行了表征，使用统计学方法分析了材料泡孔平均直径和泡孔的尺寸分布情况对材料环氧树脂吸收率的影响，提出了一种风电叶片用发泡材料的优选规则，结果表明PVC发泡材料对环氧树脂的吸收率与材料的平均泡孔直径正相关，树脂吸收率的稳定性与泡孔平均直径的标准差正相关，风电用PVC发泡材料宜选择泡孔平均直径小且标准差低的材料，才能有效的控制生产成本。
关键词：风电叶片；PVC发泡材料；泡孔结构；环氧树脂；吸胶量
风力发电叶片使用的泡沫主要是作为玻璃钢夹芯结构的芯材，采用泡沫作为夹芯结构的芯材可以提高叶片结构刚度的同时减轻叶片质量［1］。泡沫作为芯材主要使用在风电叶片壳体蒙皮处和在叶片中间的剪切腹板处。风力发电叶片目前使用的泡沫主要有热固性泡沫如交联聚氯乙烯（PVC）泡沫和苯乙烯丙烯腈（SAN）泡沫；热塑性泡沫如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫和聚苯乙烯（PS）泡沫。以上这4种泡沫根据叶片设计的要求在不同厂家生产的叶片中都有应用［2－5］。随着风电技术的发展和市场对大叶片的需求，在短短十几年间叶片已经从不足长度30 m兆瓦L级以下的小叶片发展到目前90 m以上3 MW为主流的大叶片，随着技术的发展目前叶片向百米以上趋势发展［6］。泡沫作为叶片主要的材料体系不仅要求具有较好的机械性能，同时叶片作为大型结构部件在户外运行时由于受到气动载荷的作用自身会发生挥舞和摆振，这就要求泡沫与玻璃钢层具有非常好的结合性。每种泡沫由于自身材质和成型工艺不同所以导致孔径大小和泡沫形状也存在差异。其中PET材料使用连续挤出发泡工艺，受到口模尺寸影响，需采用焊接工艺制备成BLOCK后平切成指定厚度的板材后，进一步加工为叶片用夹芯套材。而PVC泡沫使用间歇式化学发泡工艺，可以直接发泡为所需厚度的板材，产品内部无焊接缝，因此材料内部结构较为统一，使得微观泡孔形貌与宏观性能联系更为紧密。从产品结构和生产工序的角度上比较，PET产品结构复杂，工序繁琐，尚未成为行业认可的主流夹芯材料。因此对PVC材料的相关研究在实际生产过程中仍然具有很大的实用价值。
几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析
７４ 几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析 ２０１８年４月
几种大型风力发电叶片用环氧树脂复合材料的对比分析
邓双辉 ，一，冯云龙 ，刘坐镇 ，
（１．华东理工大学华昌聚合物有限公司，上海 ２００２４１；２．上海防腐蚀新材料丁程技术研究中心，上海 ２００２４１） 摘要：将风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系ＭＥＲＩＣＡＮ ３３１１Ａ／Ｂ与同类两款产品进行了对比分析，研究了三种树脂体 系对玻纤的浸润性；采用真空导入成型技术制备了复合材料板，并对复合材料的力学性能进行了研究。结果表明，ＭＥＲＩＣＡＮ ３３１１Ａ／Ｂ粘度低、浸润性良好、ＦＲＰ力学性能高，与纤维的匹配性良好，达到甚至某些方面已超越国内外同类进口产品的水平， 能够满足风电叶片对树脂的性能要求 关键词：大型风电叶片；环氧树脂；浸润性；力学性能 中图分类号：ＴＢ３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０９９９（２０１８）０４－００７４—０６
１ 引 言 风能具有储量大、分布广和清洁可再生性的特
点，现在各国都在积极开发风能…。风力发电叶片 是风电机组的重中之重．结构合理、材料先进的叶
片．是提高发电效率的重要保证。随着国内风电行 业的迅速发展，国内风电树脂企业开发出适用于真
空灌注工艺的环氧树脂体系，从实验测试评估到第 三方认证，然后到商业运用．虽然国内风电叶片树脂 应用比例在增加，但是还需要进一步的优化Ｉ２］。
对于树脂．纤维复合材料，界面是树脂与纤维之 间的桥梁，复合材料的性能与树脂和纤维本身的性
能息息相关．而两者之间的界面性能也至关重要。 树脂基体对纤维的浸润性和粘附作用直接影响复合 材料的界面陛能［３．４ Ｊ。在真空导入成型工艺中，树脂
胶液要经过长程渗透、浸润纤维等过程，然后固化成 型．故该成型工艺的关键在于树脂在工艺操作温度 下对纤维要有较好的流动性和浸润性．因此．树脂基
体胶液与纤维之间的浸润性研究显得尤为重要ｌ５一 ］。
国外风力发电用环氧树脂二
玻璃钢2008年第2期
综述
国外风力发电用环氧树脂（二）
董永祺
（建材情报所，北京）
摘要本文简要介绍了国外风力发电用环氧树脂，即纤维/环氧树脂加工的产品：叶片、叶片胶衣、胶粘剂、风电机驱动轴和风电场高大、移动式风能测试塔。介绍了采用的缘由、概况和实例。关键词：风力发电环氧树脂复合材料叶片胶衣胶粘剂
1叶片实例
M11、M11.5牌环氧树脂（HexcelComposites公司研制）原用于加工预浸料，低温固化，
低放热性（固化温度比原先的低）120℃、2～4h固化；或者80℃、4～6h固化。多层GF、
CF增强该树脂层压板的固化性能好，而且层压板内因不同热膨胀系数导致的应力最小，不
含敌草隆（diuron）[注]，符合欧盟环保法规的要求。（[注]：也即：N-3.4-二氯苯基-N`-N`-二甲基脲）
HexPlyM9F牌环氧树脂：用于低压模塑成型叶片，85～150℃固化，符合欧盟环保法规
的要求。Prime20牌环氧树脂（SP公司研制）：低粘度、用于灌注工艺，固化后产品的机械
性能好，约85℃固化，可加工SPRINT预浸料。SP公司其他的环氧树脂适于加工预浸料。
叶片用得最广的Araldite牌环氧树脂体系（绿色）可加工＞40m的叶片。它是双组份（即：
XD434环氧树脂[黄色]与XD4735标准固化剂[蓝色]）的混合物。二组份混合后呈绿色[1]。
美国AeromaxCorp研制成静音(“stealth-acoustic”)1kw风电机（安装于居民区），采用模
压成型CF/环氧树脂叶片，即使叶轮高速运转时，CF/环氧树脂材料也能降低叶轮的旋转惯
性，从而使叶轮平滑运行、轻声[3]。又讯：英国Qinetiq公司与NOIScotlandLtd合作研制成
GF/树脂吸波叶片。该GF/树脂具有吸收各类宽幅频率的雷达的特性。又采用了军事的、气
流控制、航海、气象监控等技术来干扰乱真（寄生）雷达信号。叶片吸收而不反射雷达波，
大大降低甚至完全消灭叶片所产生的乱真雷达信号[4]。
国外风力发电用环氧树脂_一_
· 10 ·玻璃钢
2008年第1期
综 述
国外风力发电用环氧树脂（一）
董永祺
（建材情报所， 北京）
摘 要
本文介绍了风电机叶片的概述、生产工艺、韧性环氧胶粘剂和无缝靠模环氧糊。
关键词：
风电机叶片 树脂灌注 胶粘剂 无缝靠模环氧糊
1 概 述
随着风电业的飞速发展，作为风电机叶片的重要材料的环氧树脂，也得到迅猛提升。“一
叶落知天下秋。”下面且举美国Dow Chemical公司为例。“叶片制造业将在Dow Chemical公
司的未来战略中占据重要地位。该公司的叶片环氧树脂销售量的年增长率将达到两位数。长
叶片要求环氧树脂较高的弯曲强度和结构性能。长叶片的需求量激增，意味着叶片材料的希
望寄托在液态环氧树脂上。目前（约2003年间），叶片制造业约占据该公司液态环氧树脂总
销量的40%。对于≥50m叶片而言，环氧树脂性能与其价格将获得最佳平衡；该树脂提供最
佳浸渍性（maximum infusion），优秀的弯曲疲劳性能、结构整体性和压缩强度。”[1]
Dow Chemical公司供应：DER330①、331、383牌双酚A环氧树脂半成品（basic bisphenol
A-based epoxy resin）。用户用它和固化剂等配成双酚A环氧树脂——叶片用优秀树脂，可采
用灌注工艺（resin infusion），也可加工预浸料[注]， 再去加工叶片。（[注]：Prepreg——将
树脂基体浸涂在纤维织物上，通过一定的处理，成为储存、备用的中间材料。）DER329②
牌预配方环氧树脂（preformulated resin）；DERAKANE MOMENTULM411③-200低粘度环
氧树脂，适于灌注工艺。[1]
降低风电的价格，有赖于材料技术的进步。风电机组的核心和关键是叶片：后者的价格
占机组价格的15%～20%。叶片的发展趋势是：长度越长[注]、重量越轻、强度越高。以长
34m的叶片为例，GF/聚酯树脂的重量为5 800kg/片，GF /环氧树脂为5 200kg/片，CF/环氧树
纤维增强树脂复合材料在风力发电叶片上的应用
纤维增强树脂复合材料在风力发电叶片上的应用
[摘要] 风力发电叶片是风力发电系统的关键动部件，直接影响着整个系统的性能。随着风力发电容量的增大，风力发电叶片的尺寸越来越大，传统材料的叶片已很难满足其使用性能要求，具有轻质、高比强度、高比模量的纤维增强树脂基复合材料在风电叶片上应用越来越广泛。目前，几乎所有的商业级叶片均采用复合材料为主体制造，风电叶片已成为复合材料的重要应用领域之一。
[关键词] 风力发电叶片 比强度 比模量 纤维增强树脂基复合材料
清洁能源一直是人们普遍关心的问题 ，风力发电则是重要的清洁能源之一，越来越受到世界各国的关注。美国风能协会报导世界风力发电能力在不断提高。随着风力发电容量的增大，风力发电叶片的尺寸越来越大，对风力发电叶片制造材料提出的要求也就越来越高。因此世界各国都在积极研究和探索复合材料风力发电叶片。
一、风力发电机叶片制造材料
风力发电追求的目标就是：进一步提高发电效率，来获得更大的风能。而捕风能力的提高与风电叶片的形状、 长度和面积有着密切的关系，叶片尺寸的大小则主要依赖于制造叶片的材料。风电叶片制造材料越轻、强度及刚度越高，其抵御载荷的能力就越强，叶片就可以做得越大，其捕风能力也就越强。因此，国内外风力发电叶片多采用轻质高强、耐久性好的复合材料制造。
风电叶片复合材料一般是由聚酯树脂、 乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与 e一玻璃纤维、 s 一玻 璃纤维、 碳纤维等增强材料复合而成。由于玻璃纤维的价格仅为碳纤维价格的 1/10
左右，并且玻璃纤维增强复合材料叶片因为其质量轻、比强度高、可设计性强、价格比较便宜等因素，所以目前大、中型风电叶片复合材料采用的增强材料主要还是玻璃纤维（e一玻璃纤维和 s—玻
璃纤维）。然而，随着风力发电技术的迅猛发展，出现了超大型叶片，叶片长度不断增加，风电叶片长度增加就将增加叶片的质量。叶片对增强材料的强度和刚度等性能提出了更高的要求，单纯的玻璃纤维增强复合材料叶片往往不能满足其使用性能要求。丹麦l m叶片公司是世界上风力发电叶片最大的制造商，该公司集设计、结构、空气动力、材料、工艺、制造、测试、实验和生产于一体。l m公司在制造 61.5米的大型复合材料叶片时，采用了玻璃纤维／碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在对材料强度和刚度要求较高的翼缘等部位，使用了碳纤维作为增强材料。这样，既可以提高风电叶片抵抗载荷的能力，由于碳纤维具有导电性， 又能有效地避免雷击对叶片造成损伤。添加碳纤维所制得的风电叶片质量比单纯玻璃纤维制作的叶片约轻32 %，且成本降低约16 %。预计下一代5～10
环氧树脂FRP紫外老化性能测试分析
第46卷 第7期 2019年7月 天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGY Vol.46 No.7Jul. 2019
收稿日期：2019-06-15 基础研究 环氧树脂FRP紫外老化性能测试分析 邓树斌，黄有慧 (东方电气(天津)风电叶片工程有限公司 天津300480) 1 234 ,1234 摘 要：使用不同环氧树脂体系以及同厂家不同型号玻璃纤维织物，通过真空灌注工艺制备玻璃钢复合材料样片，分别测试同种及不同种材料体系玻璃钢复合材料样片经过紫外老化试验后力学性能的变化。结果表明，在经过紫外线老化试验后，单向布玻璃钢0°方向抗拉强度、模量都有所下降，不同纤维布类型样片的抗弯强度均有明显上升，其他性能基本保持不变；DQE-6/DQH-5和HexionR135/H137树脂体系在老化后性能数据没有明显的优劣之别，3d的紫外老化没有使2种树脂在力学性能上产生明显差别。 关键词：环氧树脂 力学性能 紫外老化 湿热老化 中图分类号：TB332 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2019)07-0007-02 Performance Test Analysis of Ultraviolet Aging of Epoxy Resin FRP DENG Shubin，HUANG Youhui (Dongfang ElectricWind Turbine Blade Engineering Co.Ltd.，Tianjin 300480，China) Abstract：Different fiber reinforced plastic (FRP) composite samples were prepared by vacuum infusion process and usingdifferent epoxy resin systems and different types of glass fiber fabrics from the same manufacturer. The mechanical proper-ties of the FRP composite samples of the same material system and different material systems after ultraviolet aging test were tested, respectively. The results show that after ultraviolet aging test, the tensile strength and modulus of the unidirectional FRP in the 0° direction are decreased, the bending strength of different fiber cloth type samples is increased significantly, and other properties remain basically unchanged. DQE-6/DQH-5 and Hexion R135/H137 resin systems have no obvious difference in performance data after aging. The ultraviolet aging for 3 days does not make a significant difference in me-chanical properties between the two resins. Key words：epoxy resin composites；mechanical property；ultraviolet aging 0 引 言 风电叶片设计可使用寿命是20年，环氧树脂是最常见的风电叶片原材料，因为相对于不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂，环氧树脂具有更小的固化收缩，同时具有更优的耐疲劳性能等[1]。风场环境复杂，环氧树脂的抗老化能力对于风电叶片产品长期稳定运行至关重要。 目前国内大型风电叶片所用的环氧树脂的主要供应商有迈图、巴斯夫和陶氏等跨国公司以及东汽树脂等大陆企业。其中东汽树脂的DQ灌注环氧树脂黏度低、操作时间长、力学性能良好，耐疲劳性能优异，已大批量应用，共生产约3000套风电叶片并在风场稳定运行[2-3]。东汽树脂和Hexion树脂都是具有代表性的产品，通过真空灌注工艺制作样片[4]，本文对比测试了东汽树脂体系DQE-6/DQH-5环氧树脂和Hexion R135/H137树脂体系抗紫外老化性能。 1 实验部分 1.1 原材料及设备 1.1.1 仪器 紫外老化试验箱QUV-SPRAY，美国Q-lab；恒温恒湿试验箱QTH-1S-D，上海奇珊；万能试验机AG-IC 100KN，日本岛津。 1.1.2 原材料 玻璃纤维双轴向织物(Saertex，2AX-800-0440)；玻璃纤维双轴向织物(Saertex，2AX-1200-0660)；玻 ·8· 天 津 科 技 第46卷 第7期
聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究
聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究
随着风电行业的不断发展，风电叶片作为风力发电机组的关键组件之一，在结构和材料性能上面临着研究和改进的需要。聚氨酯树脂因其良好的机械性能、化学稳定性和耐候性，成为风电叶片中的一种重要的材料选择。
为了更好地应用聚氨酯树脂于风电叶片中，研究人员不断探索聚氨酯树脂的性能优化和加工工艺。其中主要包括以下几个方面的研究：
1. 聚氨酯树脂的改性研究：通过添加不同的改性剂和填料，改变聚氨酯树脂的结构和性能，如增强其强度、硬度、耐热性和抗UV性等。
2. 复合材料的制备和性能研究：将聚氨酯树脂与玻璃纤维、碳纤维、芳纶等复合材料进行组合，以提高其力学性能和抗冲击性能。
3. 成型工艺的改进研究：针对聚氨酯树脂的成型工艺进行改进和优化，以达到更高的成型精度、生产效率和材料利用率。
4. 耐久性和寿命评估：对聚氨酯树脂复合材料在不同环境下的耐久性和寿命进行研究，为风电叶片的设计和使用提供参考依据。
总体来看，聚氨酯树脂在风电叶片中的应用研究还处于不断探索和完善的阶段，需要通过多方面的研究和实践，不断推动其在风电行业的应用和发展。
关于风电叶片真空灌注成型工艺质量问题研究
关于风电叶片真空灌注成型工艺质量问题研究
摘要：当前国内外一般使用真空灌注成型的兆瓦级风电叶片，在真空灌注成型工艺中树脂是非常重要的材料，环境温度会对其凝胶时间、粘度以及固化速度产生影响。为了保证风电叶片成型的质量，避免其出现质量隐患，应该重视不同环境温度下风电叶片成型受到灌注树脂性能变化的影响，对其工艺作出有效调整，保证风电叶片的质量。
关键词：风电叶片；真空灌注；成型工艺；质量问题
社会不断发展进步的背景下，对于电能的需求逐渐增加，传统的发电方式不仅会消耗不可再生资源，并且会在一定程度上污染环境，各国积极应对这一问题，促进了风力发电发展。风力发电属于清洁能源，目前各国都非常注重风电的开发利用，在风力发电中需要使用风电机组，风电叶片作为其中关键部件，其能够决定风电机组使用寿命以及发电效率，这就需要注重风电叶片的设计、使用的材料以及制造技术。目前风电叶片制造主要采用真空灌注成型工艺，使用该工艺时树脂是主要的材料，该材料的优势有模量与强度高、耐疲劳、具有较强设计性和抗腐蚀等。真空灌注工艺属于液体成型技术，其成本低，主要是通过高渗透介质以及真空负压作用，使树脂在浸渍玻纤后，加热固化，最终形成复合材料构件，该工艺的主要优势为制品质量稳定、环境污染程度低、生产效率高以及性能优异等，在国内外兆瓦级风电叶片制作中都会使用该技术。
一、风电叶片真空灌注成型工艺存在的质量问题
我国每年7月份温度较高，通过测量统计可知，一般风电叶片公司在夏季成型车间的环境温度大约为35℃，湿度大约为75%，应用静态混合器打出树脂，其所处的出口温度在23～30℃之间，其粘度处于138～151mPa.S之间，有着较短的凝胶时间，通常为150min。一般叶片腹板面积小、层数少，在其灌注成型时上述因素不会产生较大影响，而叶片的主梁以及壳体具有较大面积以及较多层数，上述因素会在较大程度上影响其灌注成型情况，应该结合实际生产情况来调整部分工艺。下文将针对2.5MW风电叶片在30～45℃的高温环境下与10～20℃低温环境下，其叶片主梁以及壳体在灌注成型中经常出现的质量问题进行分析。
浅谈叶片用环氧树脂的固化
别春华（天津东汽风电叶片工程有限公司天津３００４５６） 科学观察 ２０１２年第３期 ＴＩＡＮＪＩＮ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
浅谈叶片用环氧树脂的固化
【摘要】环氧树脂凭借其优异的理化性能，成为风力发电机叶片生产的主要材料之一。但环氧树脂在固
化过程中的集中放热、收缩应力等固有缺点一直困扰着叶片的生产制造。经过长期摸索，从热源温度控
制、保温和降温措施等方面着手，较好的解决了放热及固化收缩这一问题，提高了叶片质量。 【关冀词】复合材料环氧树脂 固化收缩
０引言
环氧树脂作为三大热固性树脂之一，凭借着其优良的物理
机械和电绝缘性能，与各种材料的粘接性能，以及使用工艺的 灵活性，被广泛用于国民经济的各－ｆ－领域，尤其是对综合性能
要求非常高的场所。随着风力发电越来越多的被人们所重视，
风力发电机叶片制造行业也开始逐步兴起。作为大型叶片主要 原材料之一的环氧树脂开始被大规模地应用于叶片制造中。
环氧树脂虽然综合性能非常卓越，但也有它的不足之处。
比如环氧固化物的收缩与内应力，对于叶片成型制造来说是非
常不利的。环氧树脂在固化和使用过程中，由于树脂的交联以
及温度的变化等原因，都会产生收缩。当收缩不均匀时，就会在
材料内部产生内应力。内应力能够引起制品尺寸及外形的变化 和翘曲，或在材料内部产生裂纹，大大降低材料的性能，甚至会
导致材料被破坏。本文主要是对叶片制造过程中因环氧树脂固
化所产生的问题做一些探讨。
１实验过程
１．１叶根收缩原因分析 风电叶片壳体通常分为叶根区和非叶根区。非叶根区由于
铺层较少，灌注完成后单位体积所含树脂总量相对较低，固化
放热较低，外形变化及内应力都很小，这里不做过多讨论。叶根
区铺层较厚一般在８０～１１０ ｍｍ之间，固化时放热量非常大，
固化温度高，很容易产生固化收缩变形及内应力。目前，大多数 叶片制造厂家生产叶片时，叶根还是采用与壳体同步灌注成型
的生产方式（非预制法），这种同步灌注固化对叶根整体质量的 提高是很有帮助的。但是，如果固化工艺不合理的话，往往会导
碳纤维真空灌注成型用环氧树脂的流变特性分析
２０１３年第７期 玻璃钢／复合材料 ７
碳纤维真空灌注成型用环氧树脂的流变特性分析
贾智源 ，宋秋香 ，王海珍 ，陈 淳
（１．中材科技风电叶片股份有限公司，北京 １０２１０１；２．中材科技股份有限公司，北京 １０００９７） 摘要：研究了一种用于碳纤维复合材料真空灌注成型的环氧树脂体系的流变特性，根据对等温粘度曲线的数据拟合分 析，建立了粘度模型，并通过对模型参数的数据拟合推广到其他等温条件下使用。与常规玻纤用环氧树脂相比，该树脂具有显
著增加的低粘度平台时间。流变模型的预测与实验结果具有良好的一致性。通过所建立的模型预测此种环氧树脂用于碳纤 维真空灌注成型的最佳温度区间在５０～７０￣｛２之间，为碳纤维复合材料结构件真空灌注成型成功奠定了基础。 关键词：环氧树脂；碳纤维；真空灌注成型；流变特性；工艺窗口 中图分类号：ＴＢ３３２；ＴＱ３２３．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０９９９（２０１３）０７—０００７—０４
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
度，有助于避免叶尖变形与塔筒相撞和摆振方向的
疲劳载荷过大 Ｉ４ Ｊ。
真空灌注成型技术是一种新型的低成本复合材
料大型制件成型技术。它是在真空状态下排除纤维
增强体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤
维及其织物的浸渍，并在一定的加热条件下进行固
化，形成一定纤维／树脂比例的复合材料的工艺方
法 ｊ。真空灌注成型技术要求树脂基体具有低粘
度、适用期长的特点。在风电叶片制造中，常规的环
氧树脂体系初始粘度在１６０～３００ｍＰａ・ｓ，常温适用
期１—２ｈ。其中绝大多数树脂常温混合约２ｈ后，体
系的粘度超过１０００ｍＰａ．ｓ，不再适合真空灌注工艺。