风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究.pdf

风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究 李艳菲， 李敏 ， 顾铁卓， 张佐光 （北京航空航天大学材料科学与工程学院， 空天材料与服役教育部重点实验室， 北京 摘要：本文针对 两种自制的风电叶片用真空灌注型环氯树脂体系 EP-l 和 EP-2，研究了树脂的工艺性和力学性能， 井选取单轴向和三轴向玻璃纤维织物，采用真空灌注工艺制备了复合材料层板，考察了复合材料在室温和高低温下的力学性能。 结果表明， EP-2 体系浸润性、流动性和韧性更好，但强度、模量和耐热温度略低：常温及 ＿45°C下两种树脂基复合材料的力学性能相近， 纤维／树脂界面粘结较强：50°C环境下， 复合材料的压缩强度降低， 受玻璃化转变温度偏低的影响， EP-2 复合材料压缩性能降低更为明显：两种环氯树脂的工艺性和力学性能优异， 与纤维匹配性好， 满足风电叶片对树脂的性能要求。 风力发电是重要的清洁能源，其开发利用受到世界各国越来越多的重视。 作为风电机组的关键部件，风电叶片在很大程度上决定了风电机组的发电效率和使用寿命，因此其设计、材料及制造技术显得尤为重要。 由于纤维增强树脂基复合材料具有比模量比强度高，可设计性强，耐疲劳，抗腐蚀等优点，已是大型风电叶片的主体材料忙j 。 真空灌注工艺 (VARIM) 是一种低成本的液体成型技术，该工艺在单面模具上利用真空负压作用和高渗透介质， 使树脂浸溃纤维织物，并加热固化成型复合材料构件，具有生产效率高、环境污染小、制品质量稳定、性能优异等优点，我国的兆瓦级风电叶片大多采用该工艺制备L~d 虽然我国的大型风电叶片产量增长迅速， 叶片尺寸也在不断增加，但所用的一些关键原材料尚不能国产化，尤其是复合材料基体用环氧树脂基本来自千国外公司，缺少能用千大型风电叶片的具有自主知识产权的国产化环氧树脂体系，很大程度上影响了我国风电企业的利润水平和技术发展。 开发高性能的国产化环氧树脂体系已成为我国开发风能资源亟待解决的关键问题． 开发适用于大型风电叶片的真空灌注型环氧树脂体系，一方面要求树脂的力学性能、耐热性和工艺性符合生产及工作环境的要求， 另一方面还要求树脂与纤维有很好的匹配性，能够尽可能地发挥出纤维的高模量及高强度特点，以提高纤维性能的转化 率和复合材料的综合性能日． 国内的研究者在风电叶片用环氧树脂方面已开展了一些有意义的工作。 例如，陈诚、廖波等b,1d针对风电叶片研究了组分配比对环氧树脂体系力学性能的影响，配制出有望用千风电叶片制造的树脂体系。 郑鹏等“对比分析了两种风电叶片用环氧树脂的固化反应特性及力学性能。 赵伟超等ij研制 出粘度特性和反应特性满足风电叶片要求的2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚／酸酐固化体系。 杨柳等B通过树脂成分分析，发现国外高品质的风电叶片用环氧树脂的主体成分为双酚A 环氧树脂，而若采用双酚F为主体树脂，尽管实现了低粘度的要求，但在成本和机极性能方面则存在一定问题． 目前，国内从树脂工艺性、树脂性能、复合材料性能、耐环境性能等方面综合评价和研制风电叶片用真空灌注型环氧树脂体系的工作还比较少。 本文研制了两种真空灌注型环氧树脂体系，对比分析了两种树脂的工艺性和性能，在此基础上制备了玻璃纤维复合材料层板，分析了复合材料的基本力学性 能高低温下的性能及其与树脂性能的关联，为大型风电叶片用国产化环氧树脂体系的开发与应用提供了重要依据．