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北極星風力發電網訊:風電是目前最具開發與推廣價值的可再生能源，近年來在世界範圍內得到了快速的發展。作為捕獲風能的核心部件，風電葉片在很大程度上決定了風電機組的發電效率、成本和使用壽命，因此其選材、設計與制造非常關鍵。由於纖維增強樹脂基復合材料具有出色的耐疲勞特性和可設計性，大型風電葉片基本上都以此類材料為主體，應用真空導入工藝制造。真空導入工藝是壹種先進的適合大型結構件制造的低成本成型技術，該工藝的核心是使用導流介質將樹脂快速地分散到厚制件的表面，垂直浸透，固化成型，通常使用單面模具單面真空袋，具有成型效率高、汙染小和質量穩定的優點。 hipot test 真空導入工藝對所使用的樹脂體系有嚴格的技術要求，壹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，滿足葉片的實際生產需要二另壹方面還要求樹脂具有良好的力學性能以及與纖維的匹配性，能夠盡可能提高纖維性能的轉化率和最終復合材料的綜合性能。此外該類樹脂體系還要具有相對低的成本，否則市場難以接受。目前國內的風電葉片廠全部使用真空導入型環氧樹脂進行大型風電葉片的制造，並且已經接近10年沒有大的變化，幾乎所有的樹脂供應商都在提供類似性能的樹脂體系。這主要是由於葉片真空導入用環氧樹脂本身優良的性能和非常強的適應能力：環氧樹脂本身性能穩定，適於長期儲存；具有可靠而穩定的適用期，使得真空導入過程不令人擔心；固化過程對環境溫度和濕度不敏感，國內的車間環境完全適用；對玻纖有良好的粘接能力，能夠充分發揮纖維的性能。 dc hipot tester 風電的壹個重要的發展方向是不斷地降低度電成本，而風電葉片是整個風電機組成本的重要組成，降低其制造成本也就成為葉片生產領域壹個不變的主題。樹脂技術的進步被認為是壹種可以考慮的降低葉片制造成本的方向。具體的想法是通過開發新型的樹脂體系來縮短葉片生產時間，提高生產效率，同時提高復合材料的性能，實現減重。聚氨酯被認為是壹種潛在的可以考慮的環氧樹脂替代品。與環氧樹脂相比，聚氨酯樹脂具有更快的反應速率和更優的粘接性能。但同時將聚氨酷應用於大型結構件的真空導入成型也是相當大的技術挑戰，樹脂的適用期、真空狀態的適應、對水的敏感性都會是障礙。 本文針對新開發成功的真空導入型聚氨酯樹脂體系進行了深入分析，應用流變儀、DSC和力學試驗機等分析手段，探究了該聚氨酯樹脂體系的化學流變特性、固化特性和基本力學性能，並與目標替換的環氧樹脂體系進行了比對。該項研究有助於揭示目前所能獲得的真空導入型聚氨樹脂的性能特點，為推動風電葉片的降低成本華提供必要的科學依據。 1 實驗 1. 1原材料 真空導入型聚氨酯樹脂體系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；用於對比的真空導入型環氧樹脂體系采用由上緯精細化工有限公司提供的2511-1ABS環氧樹脂，簡稱EP；單向玻纖織物采用由宏發縱橫新材料科技股份有限公司提供的E-L1200-ECT無屈曲單向織物。 1.2儀器與測試 等溫粘度測試：利用德國HAAKE公司的Rheostress 6000流變儀（采用平板系統），樣品厚度為1.Omm，溫度分別為20℃ 、30℃、 ,40℃；固化特性測試使用同樣的設備，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Instron 3382電子萬能試驗機，其最大載荷為100kN，夾具采用楔形剖面摩擦夾緊裝置。實驗時將樣條放在固定位置上，保持樣條的軸線與上下夾頭中心線壹致，控制加載速率為2mm /min，通過在樣條中部安裝引伸計測量其延伸率，連續加載直至樣條破壞，測試數據系統自動采集並保存。澆鑄體拉伸性能的測試標準為GB/T 2567-2008。單向復合材料拉伸性能的測試標準為ISO 5274:壓縮性能測試標準為ISO 14126。斷面掃描電鏡照片由拜耳材料科技有限公司測試並授權提供。 2 結果與討論 2.1等溫粘度特性 風電葉片用真空導入型聚氨醋與環氧樹脂的等溫粘度曲線如圖1所示。根據應用經驗，選取了20℃,30℃和40℃三個溫度進行了等溫粘度測試。等溫粘度測試結果表明，PU與EP具有類似的粘度變化規律。同壹溫度下，PU與EP的粘度均隨時間增加而增大。不同溫度下，PU和EP的初始粘度均隨溫度升高而降低，粘度隨時間增長的速率則隨溫度升高而升高。這是由於不論是PU還是EP，初始粘度主要與溫度相關，溫度升高，樹脂內部分子動能增加，促進分子間流動，分子間的作用力減弱，從而導致初始粘度降低。但溫度對固化反應速率的影響也很大，溫度升高，反應速率急劇升高，導致粘度隨時間的增長，速率升高。PU與EP的區別之壹在於，與EP相比，相同溫度下PU的粘度增長速率更快，達到1.0Pa˙s,所需的時間大約是EP的壹半。這壹現象與PU的高化學活性有關：聚氨酯是壹種主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統稱，其含有的高活性的異氰酸酯基團可以與輕基快速反應二環氧樹脂中含有的活潑環氧基團通常在氨基或酸酐的存在下開環聚合形成三維網狀結構，活性相對較低。 PU與EP的區別之二在於，如圖2所示，不同溫度條件下PU的初始粘度遠遠低於EP。在較低的溫度，如20℃條件下，PU仍保持低於IOOmPa˙s的粘度，而此時EP的粘度已經超過了400mPa˙s,這表明PU在較低溫度下也能實現快速的樹脂導入。這與其各自的化學結構有關。環氧樹脂通常是低聚物，具有壹定的重復單元數，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。