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【速记】2017风电叶片复合材料——在风电大叶片趋势下结构胶的应用研究及技术方案

2017-04-07 来源:东方风力发电网 浏览数:363

说回来今天的主题,选胶,如何选合用的胶。你现在看到的对大部分胶的一些方案,如果去选?我们大概分成从工艺的角度去看,另外从材料本身的性能来看。这里我就不一一说明,你们随时都可以找到。我们现在讲的是风电,我们直接去看风电行业里面我们要考虑的一些地方。

亨斯迈先进化工材料邹灼亮 亚太区技术服务经理
  今天的主题主要是讲关于胶水选材方面的一些技术研究。亨斯迈集团本身是国际的一个化工企业,在风能行业应该都听过这个公司。
  我们有五大化工部门,第一个是聚氨酯,然后是功能化学品,另外就是我本人在的部门就是先进材料部。我们卖的一些配方好的系统,一些结构胶,另外还有纺织化学部,另外是颜料部。
  我们公司针对行业非常广,尤其在辅材,汽车和飞机的生产。另外就是一些胶黏剂,这个胶黏剂主要是环氧,环氧胶黏剂应该说话亨斯迈是第一个。除了刚才这些行业以外,还一些跟我们平常接触比较多的,涂料、电子行业,这是我们现在的风电,还有在能源这一块也有很大的生意在里头。
  说一下风电,风电这块都是你们所熟悉的厂家,前面都是欧洲、美国的这些领导行业,下面就是国内的OEM,这些都跟我们有相当的合作。我们在这个行业里面应该有超过20年以上的经验,包括一些在陆地里面的风电,也包括海上方面。
  还有在风电这一块我们做的阳模、模具、叶片灌注树脂、叶片结构胶、黏合装配及维修这些都是我们供应的。
  说回来今天的主题,选胶,如何选合用的胶。你现在看到的对大部分胶的一些方案,如果去选?我们大概分成从工艺的角度去看,另外从材料本身的性能来看。这里我就不一一说明,你们随时都可以找到。我们现在讲的是风电,我们直接去看风电行业里面我们要考虑的一些地方。
  一般来说从工艺方面来看,我们考虑这个胶能不能用设备来打,因为我们今天不用去搅,还有它的触变性、抗垂流,得达到起码的要求,否则的话不是一个合适的胶水。再提到它能不能挤压的性能,可能你们没有考虑过为什么这个胶能够挤压?我说的是在还没固化之前。很简单你把你的腹板安装好,如果你下面的胶不能压的话,那你在范模的时候压不下去,这就是一个很大的问题。从性能方面考虑的比如说机器玻璃化温度必须要超过70度,固化温度不要超过80度,70度、75度,经过4个小时是最理想的。再考虑到它的反应性,固化温度要多久,或者操作时间是不是达到施工的要求,包括敞开时间。另外它是不是达到叶片设计方面的性能,这个也包括了它的韧性,延伸率,这两方面一般我不考虑,只是影响的叶片的疲劳,所以这两个数据也是我们在选用结构胶的时候必须要考虑的。
  这是它的垂流性,看垂流的一些影响,但是平常不会看到这种情况。这个黄色的胶打一大坨,在一个弧面的,这种是某一种设计才会涉及到这个方面。再配合打胶的设备能不能打出一些固定的胶条。
  在说这些之前我想说从叶片的结构方面,我们选胶可能会有一些影响,各位可能没有考虑过。这种叶片你们平常很少接触到,它中间是一个单体的结构,这个我们叫Spar,这个在国内的叶片很少用这种结构的。各位有没有想过,当你遇到这种结构的时候,你选用的胶还会不会是环氧。我们在看下面这个。这个是一般的腹板的设计,看到这个你就很清楚了,这个腹板的两旁的胶,这个红色的地方是胶水的地方。这种腹板设计实际上对于胶水的剪切力是有很大的要求的,因为它的接触面可能就是二三十宽,长度可能是60几米。它承载的要求对胶水的承载要求非常高,所以对胶的剪切强度相对比较高。
  总结一下,比如刚才讲Spar的东西,大部分客户会选用聚氨酯胶,我们用的环氧胶,当然獾油胶跟聚氨酯胶肯定有原因的。用腹板设计的时候本身要求承载比较大,所以选胶要求胶的强度比较高,环氧正好就可以达到这个要求。从另外一个方向来看,Spar的射木,就是单体的设计它胶的接触面非常大,由于这个大的原因,所以这个胶粘结强度弱一点是不影响的,因为到接触面是比较大,在剪切方面来看是可以补充的。所以一般来说这种设计我们选用聚氨酯,不选用环氧。
  这个是我们公司这几种胶,底部是属于聚氨酯,后面那两个是环氧,最底下红色的是我们近年来在中国研发的一个环氧系统。中间的是一个欧洲的系统,这两个系统主要不同的地方,中间的系统具有化学性触变。
  再说到化学性触变之前,我想整理一下目前由于产能效率的原因,叶片越做越长,越做越大,这个是很必然的。针对这些越长大的叶片,对于叶片本身的性能要求当然我们也会会有相当的要求。比方说我们根据一些叶类的设计方的想法,在拉剪这块必须要强过7,疲劳这块要求越来越高。从工艺方面来讲,相信这个叶片越来越长,我们相信如果再长一点可能对做大叶片是比较有帮助的。再来由于叶片越来越长,适用期要求越来越高,所以它的抗垂流要求也比以前高,所以我们未来这种单叶片的结构胶必须要符合这些要求,至于这个拉剪本身不太担心,一般的环氧都是十几个兆帕以上,所以这个一点问题都没有。
  在说这些要求之前,有个共同的一点要探讨一下触变性,我们所理解的触变性就是物理触变,就是通过一些触变机加到机器里面去,这会提高产品的性能,也就是说你不动它的时候它会形状不变。但是我们会加入一些填料增加这个触变性。上面提的化学触变是我们公司的一个专利技术,它的原理我待会儿会讲到。先回到物理触变的一些特点,回到它一些缺点。
  我们都知道这些胶都是通过设备去打的,所以必须设备功率要高,能够把物理触变很稠的胶进行输送,到最后混胶搅拌头进行混胶。如果是物理触胶既要做到很好的化学性,温度也不能太低。
  一般的在这个行业里面要求,我们的刮流必须要超过20,有时候我们还有做到25的,这个你们应该都比较清楚。刚刚说到物理触变,这里有一个例子,深蓝色那条线是树脂的在低剪切,高剪切的一个粘度的表征,浅蓝色的链条是它的刮机,刮机的粘度比较高,树脂粘度很低,都在这两个范围里面。上面不管是低剪切还有高剪切的时候都有这个情况,这就说明一个问题,当这个胶混出来以后,它的0度反而比原来的刮流要稀。另外它的固化剂粘度非常高,对设备要求非常大,所以这是一个问题。
  我们说一下化学触变的原来,刚好跟物理触变的原理相反,它是透过一个阳离子的聚合物,我们把它放在树脂这个部分。另外一个部分是一些能够跟它产生弱键的填料,平常它们两个是不会接触的,但我们把它输送,到最后他找班头的时候混料的时候才会接触,而在接触的时候它才会让这个触达变让他成为很高的性能。
  由于有这些因素,我们可以做到黄色跟中间绿色的那个有同样的刮流性,但是对设备的要求强对就是比较低的。比如我们看下面的数据,这个是树脂固化剂,你看它的粘度都是在下面的地方,都是粘度比较低的,但是混合以后产生了绿色那条线,不管是高剪切或低剪切,它都是比原来的A和B要高,也就是混合完了以后它的粘度提高了。
  我们可以直接看一些数据,刚才的3个系统,ABC,第一、第二,第三,第一个系统是化学触变系统,第二是含有很多物理性的触变系统,第三是比较低的这些物理触变系统的配方。我们用的主机是同一个主机,然后三个不同的固化剂,红色的地方混合完了以后的粘度,红色是460PS,它和中间的物理触变的离驳。
  除了化学触变性我们还有另外一个技术就是纳米技术。首先我们要了解坚韧和不坚韧的情况,一个不坚韧的情况当然受力以后,超过临界点以后,它会直接往后面裂断,这个是非常危险的。但是看这个图,它不会裂断,它会往两边散,也就是说它的疲劳度会相对提高。
  直接看一些数据,增韧完了以后从原来参数的1.3提升到2.4,如果从它的断裂延伸来看从375提升到1625。
  刚才我说到疲劳和韧性的一个关系,这里有一个数据可以比较。典型环氧在这个测试里面有6个裂缝,增韧完了以后有3个裂缝,如果纳米比较低的同时也是3个裂缝。第二组的测试,原来纯粹环氧的时候是8个裂缝,比较多了以后就是1个裂缝,如果是小的也有6个裂缝。从这个方向来看这个裂缝一小的话,起码对它将来的疲劳肯定会有很大的帮助,这个是其中一个数据可以证明面我所说的。
  从这里来看我们有一个新的产品4868,没时间了,你们有时间可以自己看。这就不提了。今天我说的主要就是介绍化学触变和纳米增韧两个专利的我们的研发。另外现在是利用这两个技术,这个肯定有利于我们未来更长更大的叶片需要,肯定可以从这个里头找到一些解决方案,谢谢各位!

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