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四川東樹技術質量部副部長周百能:《大型海上風電葉片用環氧樹脂(二)》

2019-04-11 來源:東方風力發電網 瀏覽數:1611

2019年4月11—12日,第五屆中國國際風電復合材料高峰論壇(CWPC2019)于中國重慶隆重召開。在大會專題一:科技創新 成就未來——“創新材料、革新技術”中,四川東樹新材料有限公司技術質量部副部長周百能作了題為《大型海上風電葉片用環氧樹脂(二)》的精彩演講。

   2019年4月11—12日,第五屆中國國際風電復合材料高峰論壇(CWPC2019)于中國重慶隆重召開。在大會專題一:科技創新 成就未來——“創新材料、革新技術”中,四川東樹新材料有限公司技術質量部副部長周百能作了題為《大型海上風電葉片用環氧樹脂(二)》的精彩演講。
 
  以下為演講實錄:

 
  各位風電界的領導,非常高興能有機會跟大家介紹一下。我的報告分四部分:
 
  首先介紹第一部分——海上風電機組的發展。這幾年我國的新增裝機容量在20GW左右,2014年起全球每年的裝機容量穩定在50GW左右,海上風電出現了快速增長,特別是我國增長速度特別快,年增長率達到了50%。和陸上風電葉片廠相比,海上風電葉片有一些顯著特點:首先是大尺寸,海上風電葉片尺村一般會超過60米,一種比較典型的大型海上風片葉片的設計,主要是采用傳統的玻璃纖維制造的,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,需要高強度和高模量,碳纖維主要表現是織物比較小的空隙率,碳纖維主梁比較厚,能達到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有力的結合,碳纖維的不足就需要環氧樹脂的特性來進行一個補充。
 
  下面介紹第二部分,環氧樹脂的性能。我們為什么會選擇260E這個體系,從產品的結構、灌注實驗、可使用時間、力學實驗進行一個全面綜合的介紹。市面上的一些所謂環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。材料的結構決定的材料的性能,結構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準體系,意味著206E可以在提高溫度的條件下進行灌注,比如在40度下灌注,可以進一步降低粘度,提高灌注效率,這是標準體系所無法達到的。
 
  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,發現206E在70度下固化,測試Tu隨固化時間的變化,206E比標準固化速度更快,這樣可以節約灌注時間和固化時間。我們如果在30度下固化4個小時,70度再固化4個小時,可以發現206E固化時間明確更快,但是我們調整一下固化溫度,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,符合標準。這次實驗沒有刻意降低放射溫度。
 
  我們發現206E拉伸長度和彎曲長度都要高于標準體系,前面談到了這是206E具有很高的密度所導致的。我們還從韌性角度進行了一個分析,發現206E韌性略低于標準體系。測試和比較了CF2的性能,也有2%和5%的提升。
 
  接下來是300E的環氧樹脂性能,我們還是從產品結構、可使用時間和固化速度、本體力學性能進行討論。通過實驗我們發現無論是有促進劑還是沒有促進劑,固化劑都會參與到反應中。
 
  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,發現300E也是最快進行了發熱,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,今天探討了兩種環氧樹脂體系,結構上具有自聚,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公司,DEC總部位于成都,是世界上最大的發電設備制造商。東方電器涉及到各種發電設備,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,集團公司在風電行業的優勢,致力于為客戶帶來價值,謝謝大家。
 
 ?。òl言由現場速記整理,未經本人審閱)

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