2019年4月11—12日,第五屆中國國際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇(CWPC2019)于中國重慶隆重召開。在大會專題一:科技創(chuàng)新 成就未來——“創(chuàng)新材料、革新技術(shù)”中,四川東樹新材料有限公司技術(shù)質(zhì)量部副部長周百能作了題為《大型海上風(fēng)電葉片用環(huán)氧樹脂(二)》的精彩演講。
以下為演講實錄:
各位風(fēng)電界的領(lǐng)導(dǎo),非常高興能有機(jī)會跟大家介紹一下。我的報告分四部分:
首先介紹第一部分——海上風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展。這幾年我國的新增裝機(jī)容量在20GW左右,2014年起全球每年的裝機(jī)容量穩(wěn)定在50GW左右,海上風(fēng)電出現(xiàn)了快速增長,特別是我國增長速度特別快,年增長率達(dá)到了50%。和陸上風(fēng)電葉片廠相比,海上風(fēng)電葉片有一些顯著特點:首先是大尺寸,海上風(fēng)電葉片尺村一般會超過60米,一種比較典型的大型海上風(fēng)片葉片的設(shè)計,主要是采用傳統(tǒng)的玻璃纖維制造的,有的采用雙梁,就是主梁加副料,會選擇碳纖維來制造。
我們知道碳纖維是密度比較輕,需要高強(qiáng)度和高模量,碳纖維主要表現(xiàn)是織物比較小的空隙率,碳纖維主梁比較厚,能達(dá)到120以上,此外碳纖維有一個不足就是表面成惰性,碳纖維不太容易與樹脂形成一個強(qiáng)有力的結(jié)合,碳纖維的不足就需要環(huán)氧樹脂的特性來進(jìn)行一個補(bǔ)充。
下面介紹第二部分,環(huán)氧樹脂的性能。我們?yōu)槭裁磿x擇260E這個體系,從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、灌注實驗、可使用時間、力學(xué)實驗進(jìn)行一個全面綜合的介紹。市面上的一些所謂環(huán)氧樹脂固化劑添加量,一般會比較小。第二個變化這種固化劑容易獲得一個很好的降低密度,會帶來性能上的一些顯著的變化。材料的結(jié)構(gòu)決定的材料的性能,結(jié)構(gòu)上的變化必然會帶來性能上的改變。
我們首先看一下黏度,從曲線上可以看出來,206E增加會比較緩慢一些,主要為了彌補(bǔ)碳纖維孔隙率少的不足。接下來介紹一下可使用時間,206E可使用時間室溫下會明確長于標(biāo)準(zhǔn)體系,意味著206E可以在提高溫度的條件下進(jìn)行灌注,比如在40度下灌注,可以進(jìn)一步降低粘度,提高灌注效率,這是標(biāo)準(zhǔn)體系所無法達(dá)到的。
是不是它具有一個很高的活化能,就意味著它固化速度非常慢?我們做了一個固化速度的測試,這是固化的一個變化,發(fā)現(xiàn)206E在70度下固化,測試Tu隨固化時間的變化,206E比標(biāo)準(zhǔn)固化速度更快,這樣可以節(jié)約灌注時間和固化時間。我們?nèi)绻?0度下固化4個小時,70度再固化4個小時,可以發(fā)現(xiàn)206E固化時間明確更快,但是我們調(diào)整一下固化溫度,這時候就不會有明顯差異。我們在實驗室用206E灌注了150層碳纖維,用了140分鐘,表面放射溫度是70度,符合標(biāo)準(zhǔn)。這次實驗沒有刻意降低放射溫度。
我們發(fā)現(xiàn)206E拉伸長度和彎曲長度都要高于標(biāo)準(zhǔn)體系,前面談到了這是206E具有很高的密度所導(dǎo)致的。我們還從韌性角度進(jìn)行了一個分析,發(fā)現(xiàn)206E韌性略低于標(biāo)準(zhǔn)體系。測試和比較了CF2的性能,也有2%和5%的提升。
接下來是300E的環(huán)氧樹脂性能,我們還是從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、可使用時間和固化速度、本體力學(xué)性能進(jìn)行討論。通過實驗我們發(fā)現(xiàn)無論是有促進(jìn)劑還是沒有促進(jìn)劑,固化劑都會參與到反應(yīng)中。
固化速率,我們用溫度掃描的方法來測試來看固化速率,溫度掃描從50度掃描到220度。首先在50度讓它快速升高到140度,在140度下等溫,發(fā)現(xiàn)300E也是最快進(jìn)行了發(fā)熱,大概在不到兩分鐘時間,就完成了放熱,從理論上300E在兩分鐘就可以完成固化的過程。
最后做一個簡單的總結(jié),今天探討了兩種環(huán)氧樹脂體系,結(jié)構(gòu)上具有自聚,更低的粘度,更長的操作時間,解決大尺度纖維主梁灌注問題。碳纖維環(huán)氧樹脂適合于長時間使用。最后是我們公司的使用情況,我們公司隸屬于東方電器集團(tuán)公司,DEC總部位于成都,是世界上最大的發(fā)電設(shè)備制造商。東方電器涉及到各種發(fā)電設(shè)備,分兩種材料——金屬材料和非金屬材料,非金屬材料主要是聚合物材料,集團(tuán)公司在風(fēng)電行業(yè)的優(yōu)勢,致力于為客戶帶來價值,謝謝大家。
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