一种高效低成本风电叶片用灌注树脂及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 10:52:42

技术领域

本发明属于真空灌注环氧树脂领域，具体涉及一种高效低成本风电叶片用灌注树脂及其制备方法。

背景技术

风能是仅次于水力发电的领先可再生能源，对全球能源的转型至关重要，是资源潜力大、技术基本成熟的可再生能源，在减排温室气体、应对气候变化的新形势下，越来越受到世界各国的重视，已在全球开发利用。

在政策的有效推动、产业的飞速发展情形下，风电成本都有不同程度下降，陆地上风电的成本和价格持续降低，海上风电的发电成本也在波动中略有下降。国家发改委能源研究所时璟丽指出，实现成本下降去补贴、平价上网，技术进步是重要的根基。因此，风电叶片大型化发展的同时，需兼顾整个产业链的成本降低，在未来产品开发储备上必然要从降本增效来考量。

国外风电行业发展时间长，很多大型风电叶片复合材料用环氧体系树脂都是由国外公司生产，生产风电叶片复合材料用环氧体系树脂较知名的国外公司有瀚森(Hexion)、亨斯曼(Huntsman)、陶氏(Dow)、巴斯夫(BASF)等。其中，BASF开发制造的大型风电叶片用环氧灌注树脂能够帮助叶片生产商大大缩短叶片成型周期约30％，以增效方式实现降本。我国风电产业起步较晚，对于高性能灌注树脂开发、在大叶型的批量应用目前还是空白。

因此，如何开发出具有灌注效率高、放热温度低、操作时间长的高效低成本灌注树脂，缩短风电叶片从灌注到合模整体制程，实现降本增效至关重要。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术的不足，提供一种高效低成本风电叶片用灌注树脂。

本发明的目的之二在于提供一种高效低成本风电叶片用灌注树脂的制备方法。

为达到本发明的目的之一，采用如下技术方案：

一种高效低成本风电叶片用灌注树脂，包括A组分和B组分，所述A组分和B组分的质量之比为100：33-27；其中，

所述A组分中，以质量百分比计算，包括如下组分：

环氧树脂75～95％；

活性稀释剂6～20％；

高效稀释剂1～10％；

消泡剂：0.1～1％；

偶联剂：0.1～1％；

所述B组分中，以质量百分比计算，包括如下组分：

聚醚胺固化剂：50～90％；

脂环胺固化剂：10～50％；

改性胺固化剂：5～20％；

促进剂：1～5％；

颜填料：0.001～0.01％。

在本发明的一个优选实施例中，所述环氧树脂质量百分比优选为80～90％；

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的任意一种或多种。

所述双酚A型环氧树脂为E-42、E-51、E-44或E-54的中的任意一种或多种；所述双酚F型环氧树脂为南亚树脂公司的NPEL-170。

更优选E-51树脂、E54树脂或NPEL-170树脂。

在本发明的一个优选实施例中，所述活性稀释剂质量百分比优选为4～18％。

在本发明的一个优选实施例中，所述活性稀释剂为1,4-丁二醇二缩水甘油醚(622)、三羟甲基三缩水甘油醚(636)或1,6-己二醇二缩水甘油醚(632)中的任意一种或多种。更优选678活性稀释剂或636活性稀释剂。

在本发明的一个优选实施例中，所述高效稀释剂质量百分比优选为1～5％。

所述高效稀释剂为脂肪族单环氧改性稀释剂，所述高效稀释剂的粘度为2～5mPa·s，环氧值为0.2～0.4eq/100g。

在本发明的一个优选实施例中，所述聚醚胺固化剂为D230、D400、T403或D2000中的任意一种或多种。更优选D230和T403。

在本发明的一个优选实施例中，所述脂环胺固化剂为甲基环戊二胺、孟烷二胺、异氟尔酮二胺或1,3-环己二胺中的任意一种或多种优选异氟尔酮二胺。

在本发明的一个优选实施例中，所述改性胺固化剂为脂环胺加成物。

在本发明的一个优选实施例中，所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、间甲酚或苯酚中的任意一种或多种。更优选2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

一种高效低成本风电叶片用灌注树脂的制备方法，包括如下步骤：

A组分制备步骤，

将所述各组分按质量比进行混合搅拌后真空加热处理3小时；

B组分制备步骤，

将所述各组分按质量比进行混合搅拌后真空加热处理3小时；

将制备后的A、B组分按比例混合后搅拌后真空脱泡得灌注树脂。

本发明的一个优选实施例中，所述灌注树脂的混合粘度为270～280mPa·s。

本发明的一个优选实施例中，所述灌注树脂的混合粘度为230～240mPa·s。

本发明的一个优选实施例中，所述灌注树脂的混合粘度为190～210mPa·s。

本发明的一个优选实施例中，所述灌注树脂的混合粘度为170～180mPa·s。

本发明的有益效果在于：

1)极低初始混合粘度(190～210mPa·s 25℃)，提升体系的灌注效率；

2)极佳玻纤浸润性，杜绝混合树脂因粘度低、流速快引起的包围问题；

3)超长可操作时间(200～300min 100g 30℃)，适用于大叶型生产制造；

4)较低放热峰温度(80～100℃100g 30℃)，有效避免叶片灌注风险。

本发明在体系原材料实现自主创新，打破国外技术垄断，提高我国风电叶片用灌注树脂整体竞争能力；保证灌注树脂拥有叶片所需指标的同时，显著改善生产工艺性，帮助叶片生产商缩短成型周期，以增效实现降本，提升风电叶片的技术水平和制造水平，符合未来风电叶片向大型化、智能化快速发展需求。

具体实施方式

迎合风电叶片大型化，产业链降本增效的发展趋势，本发明配方拥有灌注效率高，玻璃纤维浸润性佳的特点，可应用于风力发电叶片的制作。

本发明配方中原材料的作用机理：

选择公司自主研发的高效稀释剂(特种脂肪族单环氧改性稀释剂)，实现原材料国产化创新和降本；该高效稀释剂具备显著的降粘效果和良好的玻纤浸润性，赋予灌注树脂体系极佳的灌注效率、合适的操作时间和加热固化速率，缩短叶片成型周期实现增效。

在本发明的配方选择中，高效稀释剂的添加量应合理控制在树脂用量的1％～5％。否则，用量过高时，灌注树脂体系会出现放热峰温度过高、机械性能下降、以及因粘度低、流速快引起的包围、包气问题。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例和对比例，通过粘度、操作时间、放热峰温度、叶片大梁灌注时间，对本发明提供的一种高效低成本风电叶片用灌注树脂的制备方法进行对比分析，判定体系可否实现叶片成型的降本增效。本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1：

高效低成本风电叶片用灌注树脂的制备方法：

a)制备A组分A组分的各种原料，其配比(质量百分比)为：环氧树脂86％、活性稀释剂12％、高效稀释剂1％、消泡剂0.5％、硅烷偶联剂0.5％。将所有原料投入反应釜，加热升温至40℃～80℃，真空搅拌3小时后冷却，然后装入容器内，密封保存。

b)制备B组分B组份的各种原料，其配比(质量百分比)为：聚醚胺65％；脂环胺20％；改性固化剂14％；促进剂1％；颜填料0.005％。将所有原材料投入反应釜，加热升温至40℃～60℃，真空搅拌3小时后冷却，然后装入容器内，密封保存。