一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠及其製備方法與流程

2023-06-20 15:15:41

本發明涉及環氧結構膠製備技術領域，特別涉及一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠及其製備方法。

背景技術：

海上風電因其具有風資源持續穩定、風速高、發電量大、不佔用土地資源等優點，且海上風電靠近經濟發達地區，風電併網和消納容易。通過近幾年的快速發展，海上風電已從當初的實驗和驗證階段，正在快速跨入規模化發展階段。

隨著海上風電機組單臺功率的不斷提高，風電葉片也越來越大，風電葉片最長長度已超過80米，重量超過35噸，環氧基風電葉片作為海上風電系統的關鍵部件之一，在海洋環境下，對材料、工藝水平和質量可靠性要求也越來越高。從風電葉片的應用來分析，葉片的使用壽命內擁有持續、穩定的機械性能是關鍵，風電葉片必須承載在海洋環境下的周期性負荷，發明一種適用於海洋環境下，耐鹽霧、耐溼熱、抗疲勞的滿足環氧基風電葉片合模粘接的環氧結構膠粘劑具有重要意義。

風電葉片大多是採用玻璃纖維增強環氧樹脂基複合材料製成的空心體結構，一般由根部、蒙皮、腹板三部分組成，圖1為風電葉片截面示意圖。葉片成型工藝一般是先在各專用模具上分別成型蒙皮1、腹板2、2a和梁帽等部件，然後採用結構膠3、3a、3b、3c將其粘接組裝在一起，合模加壓固化後製成葉片。

與陸地風電相比，海上風電機組所處的環境與陸地條件截然不同，在設計和建設海上風電場過程中，必須考慮海上嚴酷惡劣的自然環境條件：鹽霧、高溫高溼、颱風等因素，否則可能直接導致結構膠粘接失效，造成葉片開裂損毀現象。

國際標準《IEC61400-23風力發電機組轉子葉片的全尺寸比例結構試驗》和國家標準《GB/T 25383-2010風力發電機組風輪葉片》均明確提出了對葉片設計使用壽命不少於20年的耐久性要求。綜合考慮嚴酷惡劣的海上風電場環境，且海上主流風電機組功率大都在3MW以上葉片用環氧結構膠粘劑的技術要求，結構膠應具有以下主要技術要求，見表1：

表1海上風電葉片用環氧結構膠粘劑技術要求

具有操作時間長、剛性和韌性合理設計、粘結強度及本體性能在耐海水、耐溼熱和抗疲勞性能方面優異，滿足用於海洋環境下大型環氧基風力發電葉片製造的合模粘接。

技術實現要素：
：

本發明的目的之一是提供一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠，該結構膠具有操作時間長、剛性和韌性合理設計、粘結強度及本體性能在耐海水、溼熱性能和疲勞方面性能優異，滿足用於海洋環境下大型環氧基風力發電葉片製造的合模粘接。

本發明的目的之二是提供一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠的製備方法。

作為本發明第一方面的一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠，由主劑和固化劑組成，其中所述主劑與固化劑之間的體積為2:1。其中，所述主劑由以下重量份的原料製備而成：

所述固化劑由以下重量份的原料製備而成：

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑為黃色膏狀體，固化劑為藍色膏狀體，通過體積比2:1混合後為深綠色膏狀體，固化條件為70℃下固化5小時。

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑中的環氧樹脂為四官能環氧樹脂AG80與雙酚A環氧樹脂的混合物，其中所述四官能環氧樹脂AG80與雙酚A環氧樹脂的質量比為1:12。

在本發明的一個優選實施例中，所述雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂中的一種。

在本發明的一個優選實施例中，所述雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。在本發明的一個優選實施例中，所述主劑中的環氧稀釋劑為三官能環氧稀釋劑、二官能環氧稀釋劑和單官能環氧稀釋劑三者的混合物，三者的質量比為16:4:1。

在本發明的一個優選實施例中，所述單官能環氧稀釋劑為帶苯環的單官能環氧稀釋劑。

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑中的增韌劑為能形成海島效應的一種具有聚氨酯特性的聚合物和核殼粒子兩者的混合物，兩者的質量比為5:1。

在本發明的一個優選實施例中，所述能形成海島效應的一種具有聚氨酯特性的聚合物為奇士增韌劑。

在本發明的一個優選實施例中，所述核殼粒子為丙烯酸核殼粒子。

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑中的功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

在本發明的一個優選實施例中，所述纖維狀短玻纖的粒徑為20目-1500目。

在本發明的一個優選實施例中，所述球狀二氧化矽為300目-5000目的球狀二氧化矽。

在本發明的一個優選實施例中，所述固化劑中的胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑和固化劑中的疏水性觸變劑為疏水性氣相二氧化矽。

在本發明的一個優選實施例中，所述主劑和固化劑中的助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

作為本發明第二方面的一種用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠的製備方法，包括如下步驟：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。

本發明製備的膠粘劑主劑和固化劑體積比2:1混合後,工藝性能滿足表1(1～2性能)，混合物在70℃下固化5小時，進行4000小時鹽霧和2000小時雙85(溫度85℃，溼度85％)試驗後，物理性能達到表1(3～8性能)。

本發明採用的以下技術，達到發明上述產品效果：

1)本發明採用環氧樹脂為四官能環氧樹脂AG80和甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂或/和環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂的混合物，在分子結構主體上保證了結構膠的剛性和韌性的結合，甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧的引入在分子結構上對鹽水的浸入進行了阻隔。

2)本發明採用的環氧稀釋劑為三官能、二官能和帶苯環的單官能縮水甘油醚稀釋劑混合物，在保證物理性能的前提下，具備了優異的工藝操作性能。

3)本發明採用的增韌劑為能形成海島效應的具有聚氨酯特性的聚合物和核殼粒子混合物，在提升韌性的基礎上，達到剛柔並濟的效果。

4)本發明採用的胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺和桐油聚醯胺的混合物，在分子結構主體上保證了結構膠的剛性和韌性的結合、保證了結構膠具有較長的操作時間和非常優異的耐海水性能。

5)本發明採用的功能填料為纖維狀短玻纖(1mm-1500目)、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽(300目-5000目)、純矽酸鈣(鎂)混合物進一步提升產品的耐溼熱性能。

6)本發明的助劑主要為顏料、偶聯劑、分子篩、防黴劑的混合物，主要達到了混合顏色易區分，提升貯存和粘接穩定的目的。

附圖說明

圖1為風電葉片截面示意圖。

具體實施方式

實施例1

該實施例中的用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠中的主劑、固化劑的配方和工藝性能以及物化性能見表2：

表2

該對比例中：

主劑中的各成份如下：

雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。

環氧稀釋劑為636:622：CGE＝4:16:1。

增韌劑為奇士增韌劑和核殼粒子，兩者質量比為5:1。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

固化劑中的各成份如下：

胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

該對比例的環氧結構膠的製備方法如下：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。

實施例2

該實施例中的用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠中的主劑、固化劑的配方和工藝性能以及物化性能見表3：

表3

該對比例中：

主劑中的各成份如下：

雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。

環氧稀釋劑為636:622：CGE＝4:16:1。

增韌劑為奇士增韌劑和核殼粒子，兩者質量比為5:1。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

固化劑中的各成份如下：

胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

該對比例的環氧結構膠的製備方法如下：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。

實施例3

該實施例中的用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠中的主劑、固化劑的配方和工藝性能以及物化性能見表4：

表4

該對比例中：

主劑中的各成份如下：

雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。

環氧稀釋劑為636:622：CGE＝4:16:1。

增韌劑為奇士增韌劑和核殼粒子，兩者質量比為5:1。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

固化劑中的各成份如下：

胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

該對比例的環氧結構膠的製備方法如下：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。

實施例4

該實施例中的用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠中的主劑、固化劑的配方和工藝性能以及物化性能見表5：

表5

該對比例中：

主劑中的各成份如下：

環氧樹脂AG80：雙酚A環氧樹脂比例為1:5.5；

雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。

環氧稀釋劑為636:622：CGE＝4:16:1。

增韌劑為奇士增韌劑和核殼粒子，兩者質量比為5:1。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

固化劑中的各成份如下：

胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

該對比例的環氧結構膠的製備方法如下：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。

實施例5

該實施例中的用於耐鹽霧、耐溼熱的風力發電葉片合模粘接的環氧結構膠中的主劑、固化劑的配方和工藝性能以及物化性能見表6：

表6

該對比例中：

主劑中的各成份如下：

環氧樹脂AG80：雙酚A環氧樹脂比例為1:5；

雙酚A環氧樹脂為甲基環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂、環氧氯丙烷雙酚A環氧樹脂兩者的混合，兩者的質量比為1:3。

環氧稀釋劑為636:622：CGE＝4:16:1。

增韌劑為奇士增韌劑和核殼粒子，兩者質量比為5:1。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

固化劑中的各成份如下：

胺類固化劑為聚醚胺、芳香胺、脂環胺、桐油基聚醯胺四者的混合物，四者之間的質量比為40：7:3:15。

功能填充料為纖維狀短玻纖、納米碳酸鈣、球狀二氧化矽、純矽酸鈣或純矽酸鎂四者的混合物，四者之間的質量比為1:10:20:6。

助劑為偶聯劑、抗氧劑、防黴劑、分子篩的混合物，四者之間的質量比為20:2:3:30。

該對比例的環氧結構膠的製備方法如下：

1)主劑製備：

將配方量的環氧樹脂、環氧稀釋劑、增韌劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，在真空下攪拌混合均勻；加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；再加入計量的功能填充料高速分散均勻，加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量助劑：偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料；

2)固化劑製備

將胺類固化劑通過計量泵按比例加入高速分散釜中，再加入計量的助劑：抗氧劑，顏料和防黴劑，高速分散均勻；繼續加入計量的功能填充料高速分散均勻；加入疏水性觸變劑攪拌均勻，控溫60℃～100℃下，真空分散1小時～5小時，再加入計量的助劑偶聯劑和分子篩，攪拌1～3小時，出料。

在本發明的一個優選實施中，所述高速分散釜的轉速為800～3000轉/分。