CWPC2020：四川東樹李文可——《大大型風電葉片用環氧膠黏劑》

　　2020年8月6日，第六屆中國國際風電復合材料高峰論壇于浙江省桐鄉市振石大酒店召開，本屆高峰論壇的主題為“提質增效，海陸并舉，迎戰平價 ”。

 

　　主旨發言中，四川東樹新材料有限公司研發工程師李文可做了題為《大型風電葉片用環氧膠黏劑》的演講。以下為發言實錄：

李文可↑
 

　　尊敬的各位領導，各位來賓，大家下午好！

 

　　（PPT圖示）這些是風電葉片用環氧性能指標，如此多的項目對用戶來講，無論是做材料的篩選還是質量的控制難度非常大，如果想做到面面俱到工作量非常大。從開發者的角度來講，我們認為重點關注哪些性能？首先是工藝性能，比如加熱條件下快速地固化。力學性能方面，需要有良好的韌性，良好的粘貼性和耐疲勞性能。

 

　　從材料開發角度出發闡述我們的見解和看法。

 

　　首先是成本和減重相關，首先是密度，無論是常規膠還是低密度膠，我們都在努力降低重量。

 

　　關于開放時間，膠混合之后，溫度大大提升，黏度也上升，隨著膠面在空氣中暴露時間的延長，剪切強度呈現下降的趨勢，我們定義為10%。

 

　　開放時間受到哪些因素的影響？

 

　　（PPT圖示）這是最重要的反應，國內外很多研究人員正在研究，進行深入的探討，希望通過模型能夠準確地描述反應的過程，有文獻報道，關于擴增控制Arrhenius方程可以描述反應率。我們希望借助該模型預測開放時間。剪切強度下降10%的時候，把固化度代入到模型中，預測不同溫度下的開放時間。結果我們與實際的測試數據相比，實際測和理論值不相符，往往理論值比實際測試長一些，這到底是什么原因？我們進行了進一步的研究，發現相同溫度下不同濕度情況下，開放時間與濕度關聯度比較大，濕度越大，開放時間就越短。

 

　　（PPT圖示）右邊的圖，對比得是50%和80%兩種濕度水平下剪切時間的變化曲線，可以明顯地看到這點。

 

　　濕度又是如何影響開放時間的？發現在空氣中暴露過重，除了毒反應之外還有副反應，副反應是空氣中的水分和二氧化碳和固化劑發生反應，主要是氨基甲酸鹽。比較典型的方法是在固化劑方面引入其他的成分，提高水分和二氧化碳與固化劑接觸難度。這樣只是在一定程度上去減少副反應的發生，從根本上來講，固化劑和本質的特性沒有辦法改變，所以副反應只能是減少影響，而無法根本上消除。

 

　　正是由于副反應的存在，我們無法通過用模型準確地預測開放時間。于是我們采用了比較直接有效的辦法，在不同的溫度不同濕度條件下測剪切的變化曲線，由此為下一個客戶使用提供一個參考數據。一般剪切線實際操作中開放時間不超過90分鐘，尤其關注高溫高濕的極端環境，用戶只需要在極端環境下做關注就可以了。

 

　　關于固化速度，這時候已經是加熱固化的過程中，這樣的情況下，Kamal模型預測結果相對良好，對模型預測來講用戶用起來不太方便，只需要參考說明書中的時間，70度下固化時間大概3個小時。

 

　　關于觸變性能，環氧樹脂接近于牛頓流體。觸變性帶來的好處是實現立面的堆高，儲存的穩定性，并且在涂膠過程中易于加工。但是，觸變性有這么多好處，是否可以無限制追求高觸變？答案是否定的。過多追求觸變性的話要大量引入觸變劑，會出現問題，比如展向裂紋以及氣泡。作為一個對新材料開發角度來講，我們希望從材料本身的性能優化角度做一些事情，希望能提高材料的性能。

 

　　為此我們研究人員想到一個辦法，做了一個簡單實驗，將方塊放在切割的環境中進行固化，左邊加了足量的觸變劑，右邊也加了觸變劑，只是室內固化。下面沒有加觸變。通過觀察發現，如果體系中有過量觸變劑，在加熱的情況有可能導致裂紋的出現。也就是說，裂紋出現與觸變和發熱都有關系，所以我們在設計的時候，對觸變性能、放熱和抗裂紋三者之間達到平衡。

 

　　（PPT圖示）關于增韌，提到環氧體系就要提到增韌，因為環氧比較脆，這是典型的特點。我們通過適當的增韌方法。常見的增韌有橡膠增韌，比如核殼粒子等等。

 

　　（PPT圖示）這是增韌之后的效果，綠色是常規膠產品，藍色是低密度高韌性的產品，常規膠的延伸率是3%以上，低密度是6%左右，沖擊性能，常規產品在30%左右，低密度高韌性達到60%左右。

 

　　關于粘接性，我們收集了市場上主流產品性能指標參數進行了對比，目前粘接性大概都在同一水平線上，比如3毫米的剪切，強度在20Gpa左右，有專家說，我們測的數據更高一些，當然這和方法工藝有一定的關系。

 

　　（PPT圖示）關于疲勞性能，我們測了兩種方式，第一種是單密度大剪切，第二是雙密度。第一種測的M值是8左右，第二種M值12左右。

 

　　我們和市面上主流產品形成對比，我們的產品和目前市場主流基本指標一致。

 

　　應用方面，在穩步推進的階段，60米以下的葉片正成熟的應用，70米以上的產品正在進行實驗。

 

　　我的報告到這里，謝謝大家！

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核，如有不妥請聯系修改）