03結(jié)果與討論
3. 1 基本參數(shù)
表1 和表2 分別列出了MEＲICAN 3311A/B 和國外某產(chǎn)品這兩種環(huán)氧樹脂體系的基本特性參數(shù)和混合特性參數(shù)。可以看到，MEＲICAN 3311A 樹脂的粘度比國外產(chǎn)品的樹脂組分粘度要高，一般風(fēng)電葉片用樹脂部分是由通用型環(huán)氧樹脂( 127 或128) 和活性稀釋劑組成的，顯然，國外產(chǎn)品樹脂組分里稀釋劑的用量要比MEＲICAN 3311A 多，稀釋劑的主要作用是降低環(huán)氧樹脂配方體系的粘度，改善工藝性能，但它的加入勢必會對固化收縮、固化物性能以及樹脂組分的成本等產(chǎn)生一定的影響。盡管MEＲICAN3311A 的粘度相對較大，但值得注意的是，從表2 中可以看到，兩種樹脂體系的混合粘度均比較低，為200——250 mPa˙s，符合真空灌注工藝對樹脂低粘度的要求。另外，進口產(chǎn)品體系中固化劑的用量比例( phr = 34) 略大于MEＲICAN 3311B( phr = 30) ，而對于環(huán)氧樹脂體系，通常固化劑組分的成本遠大于基礎(chǔ)樹脂組分，因此，MEＲICAN 3311A/B 組合料應(yīng)該在成本上占有更大的競爭優(yōu)勢。
3. 2 粘度變化曲線
真空灌注工藝主要是通過真空的力量將液體樹脂導(dǎo)入纖維織物中的，這就要求在整個灌注過程中樹脂的粘度要保持較低的狀態(tài)，通常為200 —— 800cps，且一般認為，當樹脂的粘度超過800 —— 1000 cps時，樹脂流動性差，不再適合灌注。而對于大型風(fēng)電葉片( 50 m 以上) ，其樹脂灌注時間一般超過1 h，為了保證足夠的可操作時間，避免灌注風(fēng)險，葉片生產(chǎn)廠家要求樹脂混合液在灌注溫度下( 30±2 ℃) ，至少2 h 以內(nèi)其粘度不能超過800——1000 cps。在28 ℃室溫條件下每隔30 min 測試兩種樹脂體系的混合粘度，其粘度隨時間的變化曲線如圖1 所示。由圖1 可見，兩種樹脂體系在前120 min 內(nèi)粘度變化不大，均大大滿足廠家對樹脂具有較長可操作時間的要求。至180 ～ 210 min，MEＲICAN 3311A/B和進口產(chǎn)品的樹脂粘度分別緩慢上升至620 cps 和750 cps，之后數(shù)小時內(nèi)，體系粘度快速上升至數(shù)千厘泊。環(huán)氧-胺固化體系的第一階段反應(yīng)機理是伯胺和環(huán)氧基團之間的開環(huán)加成反應(yīng)，故環(huán)氧分子鏈長度增加，粘度緩慢上升，其上升速度與環(huán)氧和胺基之間的反應(yīng)活性相關(guān)，從粘度上升趨勢來看，MEＲICAN3311A/B 樹脂體系在28 ℃室溫條件下的反應(yīng)活性相對國外進口產(chǎn)品要更低。另外，因環(huán)氧和胺之間是一個放熱反應(yīng)，存在自加速過程，即放出的熱量會促使反應(yīng)的進行，故體系內(nèi)溫度上升至一定值時，反應(yīng)速度加快，體系粘度呈迅速上升的趨勢。因此，總體來說，MEＲICAN 3311A/B 的室溫反應(yīng)活性相對國外產(chǎn)品要略低，樹脂適用期相對較長，可完全滿足大型風(fēng)電葉片對長操作時間的高要求。
3. 3 放熱峰曲線
大型風(fēng)電葉片的殼體長度一般在50 m 以上，葉根處厚度高達100 mm，為了避免環(huán)氧樹脂在固化過程中由于溫度過高而導(dǎo)致真空薄膜的損壞、三明治結(jié)構(gòu)中的泡沫變性和樹脂的焦化現(xiàn)象等，通常要求樹脂體系的放熱峰溫度盡量低，同時為了保證較長的可操作時間，還要求樹脂體系的放熱峰時間要長。分別測試100 g 和1 kg 樹脂混合體系在不同環(huán)境溫度下的體系內(nèi)溫度隨時間的變化趨勢，圖2 和圖3分別展示了100 g 和1 kg 的MEＲICAN 3311A/B 以及國外進口產(chǎn)品兩種樹脂體系的固化放熱曲線。
如圖2 所示，在環(huán)境溫度較低( 20 —— 40 ℃) 的情況下，環(huán)氧基團與胺基之間反應(yīng)活性較低，放熱過程較慢，達到最高放熱峰的時間較長，在28 ℃環(huán)境溫度下，MEＲICAN 3311A/B 和進口產(chǎn)品的放熱峰溫度均在35 —— 45 ℃之間，但MEＲICAN 3311A/B 達到最高放熱峰的時間相對延長了0. 5 h 左右，說明MEＲICAN3311A/B 的環(huán)氧樹脂體系室溫活性更低，適用期更長，這與2. 2 節(jié)中的結(jié)論是一致的。隨著環(huán)境溫度的升高，反應(yīng)速度加快，體系內(nèi)溫度上升也快，可以看到，當樹脂溫度上升至50 —— 60 ℃附近時，兩種樹脂體系內(nèi)溫度都快速上升至最高峰，但總體來說，MEＲICAN 3311A/B 達到最高峰的時間相對較長，溫度相對較低。另外，對比圖2 和圖3 中相同溫度下的放熱曲線可知，樹脂用量增大，體系內(nèi)的溫度上升普遍加快，這取決于環(huán)氧-胺固化體系為一個放熱的過程，但MEＲICAN 3311A/B 環(huán)氧體系的放熱峰仍接近甚至低于進口產(chǎn)品，時間也相對較長。當環(huán)境溫度高于50 ℃時( 見圖2) ，即外界溫度達到預(yù)固化溫度時，兩種樹脂體系的固化放熱曲線非常接近，均在60 min 以內(nèi)達到峰值點200——250 ℃。這說明MEＲICAN 3311A/B 和進口產(chǎn)品樹脂體系的中溫反應(yīng)活性均比較高，這對灌注之后的固化過程是相當有利的。
