四川东树技术质量部副部长周百能:《大型海上风电叶片用环氧树脂(二)》

2019-04-11 东方风力发电网 点击:260
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   2019年4月11—12日,第五届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2019)于中国重庆隆重召开。在大会专题一:科技创新 成就未来——“创新材料、革新技术”中,四川东树新材料有限公司技术质量部副部长周百能作了题为《大型海上风电叶片用环氧树脂(二)》的精彩演讲。

 

  以下为演讲实录:


 

  各位风电界的领导,非常高兴能有机会跟大家介绍一下。我的报告分四部分:

 

  首先介绍第一部分——海上风电机组的发展。这几年我国的新增装机容量在20GW左右,2014年起全球每年的装机容量稳定在50GW左右,海上风电出现了快速增长,特别是我国增长速度特别快,年增长率达到了50%。和陆上风电叶片厂相比,海上风电叶片有一些显著特点:首先是大尺寸,海上风电叶片尺村一般会超过60米,一种比较典型的大型海上风片叶片的设计,主要是采用传统的玻璃纤维制造的,有的采用双梁,就是主梁加副料,会选择碳纤维来制造。

 

  我们知道碳纤维是密度比较轻,需要高强度和高模量,碳纤维主要表现是织物比较小的空隙率,碳纤维主梁比较厚,能达到120以上,此外碳纤维有一个不足就是表面成惰性,碳纤维不太容易与树脂形成一个强有力的结合,碳纤维的不足就需要环氧树脂的特性来进行一个补充。

 

  下面介绍第二部分,环氧树脂的性能。我们为什么会选择260E这个体系,从产品的结构、灌注实验、可使用时间、力学实验进行一个全面综合的介绍。市面上的一些所谓环氧树脂固化剂添加量,一般会比较小。第二个变化这种固化剂容易获得一个很好的降低密度,会带来性能上的一些显著的变化。材料的结构决定的材料的性能,结构上的变化必然会带来性能上的改变。

 

  我们首先看一下黏度,从曲线上可以看出来,206E增加会比较缓慢一些,主要为了弥补碳纤维孔隙率少的不足。接下来介绍一下可使用时间,206E可使用时间室温下会明确长于标准体系,意味着206E可以在提高温度的条件下进行灌注,比如在40度下灌注,可以进一步降低粘度,提高灌注效率,这是标准体系所无法达到的。

 

  是不是它具有一个很高的活化能,就意味着它固化速度非常慢?我们做了一个固化速度的测试,这是固化的一个变化,发现206E在70度下固化,测试Tu随固化时间的变化,206E比标准固化速度更快,这样可以节约灌注时间和固化时间。我们如果在30度下固化4个小时,70度再固化4个小时,可以发现206E固化时间明确更快,但是我们调整一下固化温度,这时候就不会有明显差异。我们在实验室用206E灌注了150层碳纤维,用了140分钟,表面放射温度是70度,符合标准。这次实验没有刻意降低放射温度。

 

  我们发现206E拉伸长度和弯曲长度都要高于标准体系,前面谈到了这是206E具有很高的密度所导致的。我们还从韧性角度进行了一个分析,发现206E韧性略低于标准体系。测试和比较了CF2的性能,也有2%和5%的提升。

 

  接下来是300E的环氧树脂性能,我们还是从产品结构、可使用时间和固化速度、本体力学性能进行讨论。通过实验我们发现无论是有促进剂还是没有促进剂,固化剂都会参与到反应中。

 

  固化速率,我们用温度扫描的方法来测试来看固化速率,温度扫描从50度扫描到220度。首先在50度让它快速升高到140度,在140度下等温,发现300E也是最快进行了发热,大概在不到两分钟时间,就完成了放热,从理论上300E在两分钟就可以完成固化的过程。

 

  最后做一个简单的总结,今天探讨了两种环氧树脂体系,结构上具有自聚,更低的粘度,更长的操作时间,解决大尺度纤维主梁灌注问题。碳纤维环氧树脂适合于长时间使用。最后是我们公司的使用情况,我们公司隶属于东方电气集团公司,DEC总部位于成都,是世界上最大的发电设备制造商。东方电气涉及到各种发电设备,分两种材料——金属材料和非金属材料,非金属材料主要是聚合物材料,集团公司在风电行业的优势,致力于为客户带来价值,谢谢大家。

 

  (发言由现场速记整理,未经本人审阅)



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