【速記】2016風電葉片復合材料——專業專注、穩定可靠，助力風電葉片舞動藍天—風電環氧樹脂在葉片制作中的技術研究

四川東樹新材料有限公司楊青海/營銷部長

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謝謝大家！通過這個視頻一方面大家對四川東樹新材及環氧樹脂產品有了一個比較客觀的認識，另外一方面通過這個視頻激發大家去四川的期待和向往！

　　我的匯報的題目專業專注，穩定可靠，助力風電葉片舞動藍天，這是主標題。副標題是:風電環氧樹脂工藝性能研究。

　　研究目的是什么？

　　通過研究環氧樹脂工藝性能，掌握環氧樹脂灌注葉片的最佳工藝窗口，從而減少風電葉片出現質量缺陷。

　　葉片質量缺陷

　　在葉片灌注過程中，樹脂充分浸漬纖維是保證風電葉片質量的關鍵。但往往由于各方面原因會出現干斑或灌不透的質量缺陷，這4幅圖在葉片制作過程中，往往在葉根部位出現灌不透這個現象，有時干纖維有時干斑。

　　那么影響葉片出現灌不透質量缺陷的因素很多，我們進行了分析，主要歸納于樹脂工藝性能、環境溫度、真空壓力、布管工藝以及纖維性能。

　　環氧樹脂工藝性能對葉片質量的影響非常大，這方面已有一些研究，包括在文獻上面，但是我們查了文獻來看，目前只是研究樹脂溫度和樹脂粘度相互影響他們之間的一些關系，沒有系統研究樹脂粘度，樹脂溫度以及時間相互影響下環氧樹脂體系的工藝性能，并且，對于低黏度環氧樹脂體系的最佳工藝窗口的最大黏度不同文獻之間也存在較大差異，從300mPa·s～ 800mPa·s不等。

　　為了探索這些工藝性能最佳工藝窗口，我們對我們這個樹脂牌號DQ230E和DQ234H灌注樹脂其中一個牌號以這個風電葉片用真空灌注環氧樹脂體系的分析為例，用兩種不同的方法來研究風電環氧樹脂的工藝性能。

　　第一種方法是：簡單的黏度等高線判斷方法；

　　第二種方法是：通過流變學的方法模擬環氧樹脂黏度、灌注流速、灌注流動距離與時間、溫度之間的關系，通過各參數之間的經驗關系，確定環氧樹脂體系的最高可灌注黏度以及最佳灌注工藝條件。

　　在兩種研究方法前，先分別測定出 15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃。    下環氧樹脂體系的混合黏度隨時間的變化曲線。我們這個方法是旋轉流變儀測的，旋轉流變儀的樣品大概不超過2g，這個2g的環氧樹脂，基本上消除了反應放熱對混合黏度的影響，測試結果如圖3所示。從圖3可以看出，樹脂溫度越高，環氧樹脂體系的初始混合黏度越低，混合黏度隨時間變化的增加速率越快，即反應速率越快。這與大多數環氧樹脂體系的流變性能一致。根據所測得的混合黏度隨時間變化的數據，通過軟件轉換可以得到時間隨溫度變化的黏度等高線圖。

　　該黏度等高線圖經常被用于環氧樹脂體系工藝時間窗口的預測。目前并沒有文獻給出環氧樹脂黏度具體增大到什么值后就可以認為其工藝性能非常差，通常該黏度取值范圍為500～1000mPa•s。從圖4中可以看出，在500～1000mPa•s范圍內的黏度等高線上，可操作時間最長的溫度在25℃左右。通過黏度等高線的判斷方法，可以粗略認為DQ230E/DQ234H灌注環氧樹脂體系擁有最長可操作時間的溫度為25℃左右。

　　第二種流變特性方法：通過黏度等高線的判斷方法，我們可以粗略找出灌注環氧樹脂體系的最佳灌注溫度。 但該方法存在兩個缺陷： 1、確定可操作時間的黏度數值的確定沒有依據，為經驗值； 2、未考慮不同溫度下灌注樹脂體系的黏度不同，灌注速率不同，因此最長的可操作時間并不代表擁有最佳的灌注性能。

　　通過流變學模擬，可以將特定條件下灌注樹脂體系的黏度、流速、溫度和時間等因素的相互關系用公式表示，從中找出最佳灌注方案。

　　針對熱固化樹脂固化過程的流變學模擬存在很多不同的經驗公式，比較常用的是雙Arrhenius公式，其表達式如下，式中：η表示黏度 ；T和t分別表示溫度和時間式中，η表示黏度，T和t分別表示溫度和時間，η和k和k均為Arrhenius指前系數；E和Ek分別表示樹脂的流動活化能和固化反應活化能。參照雙Arrhenius公式，我們使用公式(1)來模擬灌注樹脂體系在等溫條件下黏度隨時間的變化。

　　多元線性回歸的調整判定系數R2值的范圍為0 ～ 1，調整R2越接近1，說明線性關系越強。從表1中可以看出，所有溫度下的調整R2值均大于0.997，這表明擬合值與測試值的吻合度很高。 公式(1)中參數a和b均為溫度T的函數，參照雙Arrhenius公式分別對a、T和b、T進行擬合，找出擬合公式所對應的各參數如表2所示。使用以下公式進行模擬的調整R2數值均大于0.99，這說明擬合公式擁有很高的匹配度。人們常常使用達西定律來描述多孔介質中流體的流動性，該定律也同樣適合用于描述灌注環氧樹脂體系在增強材料中的流動性。圖6是根據公式(9)繪制出的不同溫度下s/C1與t之間的關系曲線，從圖中我們可以得出以下結論：在等溫條件下，灌注溫度越高，其灌注樹脂的初始流動速率越大，最大流動距離越遠。

　　由于在模擬假設中未考慮凝膠效應帶來的影響，從公式(9)中可以看出，當時間t趨于無窮大時，樹脂達到最遠流動距離。為便于分析，定義時間t0.9為樹脂流動距離達到最遠流動距離的90%時所需的時間，η0.9為此時的樹脂黏度。從圖5中可以看出，樹脂流動距離越接近最遠流動距離時其流動速度越慢。我們可以近似地認為t0.9為灌注樹脂的可操作時間，η0.9為灌注樹脂的最高可灌注黏度。對DQ230E/DQ234H灌注環氧樹脂體系，通常在室溫條件下進行灌注，根據公式(11)可以計算出25℃下的最高可灌注黏度為2130mPa•s。從公式(6)中知，灌注樹脂的流動速率與其黏度成反比，黏度越大流動速率越慢，若樹脂黏度高于該溫度，其流動速率將會繼續降低。 因此，我們可以近似的認為該灌注樹脂體系的最高可灌注黏度為2000mPa•s。從圖7中我們可以明顯看出，灌注溫度越高，樹脂黏度達到2000mPa•s時的流動距離越遠，越有利于樹脂的灌注。

　　事實上，在灌注樹脂體系的實際使用中我們發現并非灌注溫度越高越好，這主要是因為本研究是在等溫的前提下進行的，忽略了反應放熱帶來的影響，與實際情況存在如下偏差：

　　1)反應放熱導致灌注時樹脂的實際溫度比灌注環境溫度高，此時與等溫條件存在偏差：樹脂體系的黏度隨時間的增大速率更快，可操作時間更短；

　　2)溫度越高樹脂體系的黏度越小，灌注速率越快，過快的灌注速率可能導致樹脂對玻璃纖維布等增強材料的浸潤程度不夠，由于樹脂與增強材料之間的界面作用力較小導致復合材料的綜合性能較差；

　　3）樹脂體系的用量越大，灌注溫度越高，放熱峰溫度越高，過高的放熱峰溫度可能會導致樹脂體系出現爆聚現象，直接影響最終產品性能。由于放熱峰溫度不僅與樹脂體系性能有關，還與樹脂用量、復合材料制品形狀和制品熱擴散環境等多因素有關，因此使用時需要根據實際情況確定可接受的最高溫度。此時，溫度越接近該最高溫度，環氧樹脂體系的灌注工藝性能越好。

　　我們說一下總結與結論：本實驗在等溫條件下測試了不同溫度下DQ230E/DQ234H灌注環氧樹脂體系的黏度隨時間的變化數據。 1）根據測試數據，我們繪制了時間隨溫度變化的黏度等高線圖，得出了該灌注環氧樹脂體系擁有最長可操作時間的溫度為25℃左右的結論。

　　2）通過流變學模擬的方法，我們可以得到樹脂黏度與時間和溫度之間的關系式，DQ230E/DQ234H灌注環氧樹脂體系流動距離s與時間T和溫度t之間的關系。

　　3)找出了該灌注樹脂體系的最高可灌注黏度為2000mPa•s，并且灌注溫度越高樹脂黏度達到該黏度時的流動距離越遠。

　　謝謝大家，我的報告到此完畢，如果有不當之處請批評指正！