DQ230E灌注环氧树脂性能表征

邓树斌　江一杭

摘要：对DQ230E灌注环氧树脂性能进行全面表征。测试结果表明，与DQ200E灌注环氧树脂相比，DQ230E灌注环氧树脂初始混合黏度更低，反应活性近似，浇铸体性能和FRP性能相当。因此，DQ230E灌注环氧树脂的力学性能与DQ200E环氧树脂相当，而工艺性能更优于DQ200E灌注环氧树脂。

关键词：风电叶片；灌注；环氧树脂

引言

真空灌注工艺是风电叶片制造过程中广泛采用的一种制造工艺1。环氧树脂是风电叶片最常见的原材料，因为相对于不饱和聚酯树脂和乙烯基树脂，环氧树脂具有更小的固化收缩，并同时具有更优的耐疲劳性能等2。

目前国内大型风电叶片所使用的环氧树脂的主要供应商有迈图、巴斯夫和陶氏等跨国公司，上纬和惠利等台资企业，以及东汽树脂等大陆企业。其中东汽树脂的DQ200E灌注环氧树脂黏度低、操作时间长、力学性能良好，耐疲劳性能优异，已大批量应用，共生产了约3000套风电叶片并在风场稳定运行3。DQ230E灌注环氧树脂是东汽树脂所开发的新一代灌注环氧树脂，本文对比测试了DQ230E树脂和DQ200E灌注环氧树脂的工艺性能、浇铸体性能和FRP性能。

1.实验

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

旋转流变仪：英国Malvern CVO 9000； 示差扫描量热仪（DSC）：德国Netzsch 200F3；

凝胶时间测定仪：美国Shyodu GT-S； 万能力学试验机：日本Shimadzu ACIC-100KN；

疲劳试验机：日本Shimadzu EHF-EM。

1.1.2 试剂

DQ200E环氧树脂、DQ204H环氧固化剂、DQ230E环氧树脂、DQ234H环氧固化剂：工业级，东方汽轮机有限公司；

单轴向玻璃纤维，UD1200，0°纱线1152g/m2，90°纱线36g/m2，纱线名称Advantex-SE1500，欧文斯科宁，工业级；

双轴向玻璃纤维，BX806，+45°纱线401g/m2，-45°纱线401g/m2，纱线名称Advantex-SE1500，欧文斯科宁，工业级；

1.2 测试方法

黏度：参照GB/T 22314方法，使用旋转流变仪进行测试，所用转子为40mm4°锥板，测试最小间隙为150μm。

凝胶时间和放热峰：参照GB/T 12007.7方法，使用凝胶时间测定仪测试凝胶时间，实时温度记录仪测定放热峰，试样用量为100g，测试温度为23℃±2℃。

浇铸体力学性能：参照GB/T 2567方法进行测试，其中压缩采用Ⅰ型试样，冲击采用Ⅱ型试样。

玻璃化转变温度：参照GB/T 19466.2方法进行测试，升温速率为10℃/min，取第一次扫描测得的Tmg值；

体积收缩率：参照ISO 3521方法进行测试。

2.结果与讨论

2.1 黏度

黏度是风电叶片环氧树脂工艺性能的重要指标。根据达西定律，环氧树脂在玻璃纤维织物中的流动速率为 ，其中K为玻璃纤维织物的渗透率，A为流动截面积，η为流体黏度，P为压力，L为流动方向距离，ρ为流体密度，g为重力常数，θ为流动方向与水平方向的夹角。与环氧树脂本身性质相关的参数为η和ρ，而常见环氧树脂的ρ基本相当，因此η对环氧树脂在玻璃纤维织物中流动速率影响最大。η越大，流动速率越小，灌注叶片所需时间越长，甚至可能发生灌注完成前环氧树脂凝胶导致整只叶片报废的事故4。

2.2 反应活性

由于环氧树脂和环氧固化剂混合后立即发生聚合反应，混合物黏度将不断增加，因此灌注过程中环氧树脂黏度是不断变化的。该黏度不仅受初始混合黏度的影响，还受反应活性的影响。若初始混合黏度较小，而反应活性较大，环氧树脂黏度很快增大，其工艺性能仍较差。

常用作评价环氧树脂树脂反应活性的参数有凝胶时间、放热峰等。

结论：DQ230E/DQ234H凝胶时间与DQ200E/DQ204H基本相当。其中DQ230E/DQ234H的凝胶时间略短，这说明DQ230E/DQ234H的反应活性与DQ200E/DQ204H环氧树脂基本相当，略高于DQ200E/DQ204H。

DQ230E/DQ234H和DQ200E/DQ204H环氧树脂在23℃下的放热峰。两者的放热峰时间和温度基本一致，其中DQ230E/DQ234H的放热峰温度略高，放热峰时间略短，说明其反应活性略高，与凝胶时间的测试结果一致。

2.3 浇铸体性能

浇铸体性能直接反应环氧树脂固化后的性能，通常从强度、模量、韧性、耐热温度、固化体积收缩、吸水性等方面进行评价。

结论：DQ230E/DQ234H的浇铸体性能与DQ200E/DQ204H相当，均满足行业标准。

2.4 FRP性能

风电叶片中环氧树脂和玻璃纤维织物最终以FRP的形式存在，叶片设计时更关注FRP性能，它既反应了环氧树脂固化后的性能，又反应了玻璃纤维织物的性能以及环氧树脂与玻璃纤维织物的匹配性。

结论：DQ230E/DQ234H的FRP性能与DQ200E/DQ204H相当。

3.总结

与DQ200E相比，DQ230E灌注环氧树脂的初始混合黏度更低，反应活性近似，浇铸体性能和FRP性能相当。因此，DQ230E灌注环氧树脂的力学性能与DQ200E环氧树脂相当，而工艺性能更优于DQ200E灌注环氧树脂。

参考文献：

[1]王晓飞；蔡智奇；文秀芳，皮丕辉，程江；杨卓如，风轮叶片树脂与成型工艺研究进展，化工新型材料2012，40（1），31～34.

[2]Brondsted，P.；Lilholt，H.；Lystrup，A.，Composite Materials for Wind Power Turbine Blades. Annual Review of Materials Research 2005，35，505-538.

[3]（a）周百能；楊红；钟连兵，风力发电叶片灌注环氧树脂的研制。东方电气评论 2012，26（102），62～67；（b）周百能；杨红；钟连兵；卢毅；杨青海；翟保利，DQ200E系列灌注环氧树脂性能表征，东方汽轮机 2013，（01），53-56+69.

[4]杨红；苟鹏飞；周百能，低黏度灌注环氧树脂体系工艺性能研究。东方汽轮机2014，（02），68-73.