風(fēng)電是目前最具開發(fā)與推廣價(jià)值的可再生能源，近年來活著界范圍內(nèi)得到了快速的發(fā)展。作為捕捉
風(fēng)能的核心部件，風(fēng)電葉片在很大程度上決定了風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電服從、成本和使用壽命，因此其選材、設(shè)計(jì)與制造特別很是關(guān)鍵。因?yàn)槔w維加強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有出色的耐委靡特征和可設(shè)計(jì)性，大型風(fēng)電葉片基本上都以此類材料為主體，應(yīng)用真空導(dǎo)入工藝制造。真空導(dǎo)入工藝是一種先輩的適合大型結(jié)構(gòu)件制造的低成本成型技術(shù)，該工藝的核心是使用導(dǎo)流介質(zhì)將樹脂快速地分散到厚制件的外觀，垂直浸透，固化成型，通常使用單面模具單面真空袋，具有成型服從高、污染小和質(zhì)量穩(wěn)固的好處。
真空導(dǎo)入工藝對(duì)所使用的樹脂系統(tǒng)有嚴(yán)酷的技術(shù)要求，一方面要求樹脂具有合適的初始粘度、適用期和放熱等工藝性能，知足葉片的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)必要二另一方面還要求樹脂具有優(yōu)秀的力學(xué)性能以及與纖維的匹配性，能夠盡可能進(jìn)步纖維性能的轉(zhuǎn)化率和最終復(fù)合材料的綜合性能。此外該類樹脂系統(tǒng)還要具有相對(duì)低的成本，否則市場難以接受。目前國內(nèi)的風(fēng)電葉片廠悉數(shù)使用真空導(dǎo)入型環(huán)氧樹脂進(jìn)行大型風(fēng)電葉片的制造，并且已經(jīng)接近10年沒有大的轉(zhuǎn)變，幾乎所有的樹脂供給商都在提供類似性能的樹脂系統(tǒng)。這重要是因?yàn)槿~片真空導(dǎo)入用環(huán)氧樹脂自己精良的性能和特別很是強(qiáng)的適應(yīng)能力：環(huán)氧樹脂自己性能穩(wěn)固，適于長期儲(chǔ)存;具有可靠而穩(wěn)固的適用期，使得真空導(dǎo)入過程不令人憂慮;固化過程對(duì)環(huán)境溫度和濕度不敏感，國內(nèi)的車間環(huán)境完全適用;對(duì)玻纖有優(yōu)秀的粘接能力，能夠充分發(fā)揮纖維的性能。
風(fēng)電的一個(gè)緊張的發(fā)展方向是賡續(xù)地降低度電成本，而風(fēng)電葉片是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組成本的緊張組成，降低其制造成本也就成為葉片生產(chǎn)領(lǐng)域一個(gè)不變的主題。樹脂技術(shù)的提高被認(rèn)為是一種可以考慮的降低葉片制造成本的方向。詳細(xì)的想法是通過開發(fā)新型的樹脂系統(tǒng)來縮短葉片生產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)步生產(chǎn)服從，同時(shí)進(jìn)步復(fù)合材料的性能，實(shí)現(xiàn)減重。聚氨酯被認(rèn)為是一種潛在的可以考慮的環(huán)氧樹脂替換品。與環(huán)氧樹脂相比，聚氨酯樹脂具有更快的反應(yīng)速率和更優(yōu)的粘接性能。但同時(shí)將聚氨酷應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)件的真空導(dǎo)入成型也是相稱大的技術(shù)挑釁，樹脂的適用期、真空狀況的適應(yīng)、對(duì)水的敏感性都會(huì)是停滯。
本文針對(duì)新開發(fā)成功的真空導(dǎo)入型聚氨酯樹脂系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析，應(yīng)用流變儀、DSC和力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等分析手段，探討了該聚氨酯樹脂系統(tǒng)的化學(xué)流變特征、固化特征和基本力學(xué)性能，并與目標(biāo)替代的環(huán)氧樹脂系統(tǒng)進(jìn)行了比對(duì)。該項(xiàng)研究有助于揭示目前所能獲得的真空導(dǎo)入型聚氨樹脂的性能特點(diǎn)，為推動(dòng)風(fēng)電葉片的降低成本華提供需要的科學(xué)依據(jù)。
1實(shí)驗(yàn)
1.1原材料
真空導(dǎo)入型聚氨酯樹脂系統(tǒng)采用由拜耳材料科技(中國)有限公司提供的Bayer-78BD075/44CP20聚氨酯，簡稱PU;用于對(duì)比的真空導(dǎo)入型環(huán)氧樹脂系統(tǒng)采用由上緯邃密化工有限公司提供的2511-1ABS環(huán)氧樹脂，簡稱EP;單向玻纖織物采用由宏發(fā)縱橫新材料科技股份有限公司提供的E-L1200-ECT無愚昧單向織物。
1.2儀器與測試
等溫粘度測試：行使德國HAAKE公司的Rheostress6000流變儀(采用平板體系)，樣品厚度為1.Omm，溫度分別為20℃、30℃、,40℃;固化特征測試使用同樣的設(shè)備，條件為：頻率1Hz，溫度從30℃以2℃/min的升溫速率升溫到85℃，恒溫。
拉伸與壓縮測試：采用Instron3382電子全能試驗(yàn)機(jī)，其最大載荷為100kN，夾具采用楔形剖面摩擦夾緊裝配。實(shí)驗(yàn)時(shí)將樣條放在固定位置上，保持樣條的軸線與上下夾頭中間線同等，控制加載速率為2mm/min，通過在樣條中部安裝引伸計(jì)測量其延長率，延續(xù)加載直至樣條破壞，測試數(shù)據(jù)體系主動(dòng)采集并保存。澆鑄體拉伸性能的測試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T2567-2008。單向復(fù)合材料拉伸性能的測試標(biāo)準(zhǔn)為ISO5274:壓縮性能測試標(biāo)準(zhǔn)為ISO14126。斷面掃描電鏡照片由拜耳材料科技有限公司測試并授權(quán)提供。
2效果與討論
2.1等溫粘度特征
風(fēng)電葉片用真空導(dǎo)入型聚氨醋與環(huán)氧樹脂的等溫粘度曲線如圖1所示。根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選取了20℃,30℃和40℃三個(gè)溫度進(jìn)行了等溫粘度測試。等溫粘度測試效果注解，PU與EP具有類似的粘度轉(zhuǎn)變規(guī)律。統(tǒng)一溫度下，PU與EP的粘度均隨時(shí)間增長而增大。不同溫度下，PU和EP的初始粘度均隨溫度升高而降低，粘度隨時(shí)間增加的速率則隨溫度升高而升高。這是因?yàn)椴徽撌荘U照舊EP，初始粘度重要與溫度相干，溫度升高，樹脂內(nèi)部分子動(dòng)能增長，促進(jìn)分子間流動(dòng)，分子間的作用力削弱，從而導(dǎo)致初始粘度降低。但溫度對(duì)固化反應(yīng)速率的影響也很大，溫度升高，反應(yīng)速率急劇升高，導(dǎo)致粘度隨時(shí)間的增加，速率升高。
圖1不劃一溫條件下的EP與PU的粘度轉(zhuǎn)變趨勢
PU與EP的區(qū)別之一在于，與EP相比，雷同溫度下PU的粘度增加速率更快，達(dá)到1.0Pa·s,所需的時(shí)間大約是EP的一半。這一征象與PU的高化學(xué)活性有關(guān)：聚氨酯是一種主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的統(tǒng)稱，其含有的高活性的異氰酸酯基團(tuán)可以與輕基快速反應(yīng)二環(huán)氧樹脂中含有的活潑環(huán)氧基團(tuán)通常在氨基或酸酐的存在下開環(huán)聚合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，活性相對(duì)較低。
PU與EP的區(qū)別之二在于，如圖2所示，不同溫度條件下PU的初始粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于EP。在較低的溫度，如20℃條件下，PU仍保持低于IOOmPa·s的粘度，而此時(shí)EP的粘度已經(jīng)超過了400mPa·s,這注解PU在較低溫度下也能實(shí)現(xiàn)快速的樹脂導(dǎo)入。這與其各自的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。環(huán)氧樹脂通常是低聚物，具有肯定的重復(fù)單元數(shù)，而聚氨酯通常都是小分子，分子間相互作用力偏弱，宏觀上更容易變形。
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