风电环氧树脂在叶片制作中的技术研究——杨青海/营销部长_2016中国国际风电复合材料高峰论坛_会议、会展视频_观视频_东方风力发电网

风电环氧树脂在叶片制作中的技术研究——杨青海/营销部长

上传日期:2016-04-29  播放次数:2953
观视频介绍
 以下内容为现场速记:
杨青海
四川东树新材料有限公司杨青海/营销部长
  尊敬的各位前辈,各位领导,朋友们大家好,首先非常感谢东方风力发电网让我们有机会相聚在桐乡,这次会议选择在桐乡召开,我想主要有这几点,桐乡有中国振石集团,桐乡有中国巨石,桐乡有有中国恒石,桐乡美丽富饶,桐乡名人辈出;当然类似的会议我相信今后一定有机会在四川德阳召开,为什么?因为四川德阳有东汽,四川德阳有东方风电,四川德阳有东树新材,当然四川德阳风景秀丽,美女如云,我想邀请大家看一段视频,这段视频在会议之前已经播放过,这段视频不仅仅是对四川东树新材料环氧树脂的介绍,里面还包含了四川的人文环境、地域文化,当然也少不了美女。
谢谢大家!通过这个视频一方面大家对四川东树新材及环氧树脂产品有了一个比较客观的认识,另外一方面通过这个视频激发大家去四川的期待和向往!
  我的汇报的题目专业专注,稳定可靠,助力风电叶片舞动蓝天,这是主标题。副标题是:风电环氧树脂工艺性能研究。
  研究目的是什么?
  通过研究环氧树脂工艺性能,掌握环氧树脂灌注叶片的最佳工艺窗口,从而减少风电叶片出现质量缺陷。
  叶片质量缺陷
  在叶片灌注过程中,树脂充分浸渍纤维是保证风电叶片质量的关键。但往往由于各方面原因会出现干斑或灌不透的质量缺陷,这4幅图在叶片制作过程中,往往在叶根部位出现灌不透这个现象,有时干纤维有时干斑。
  那么影响叶片出现灌不透质量缺陷的因素很多,我们进行了分析,主要归纳于树脂工艺性能、环境温度、真空压力、布管工艺以及纤维性能。
  环氧树脂工艺性能对叶片质量的影响非常大,这方面已有一些研究,包括在文献上面,但是我们查了文献来看,目前只是研究树脂温度和树脂粘度相互影响他们之间的一些关系,没有系统研究树脂粘度,树脂温度以及时间相互影响下环氧树脂体系的工艺性能,并且,对于低黏度环氧树脂体系的最佳工艺窗口的最大黏度不同文献之间也存在较大差异,从300mPa·s~ 800mPa·s不等。
  为了探索这些工艺性能最佳工艺窗口,我们对我们这个树脂牌号DQ230E和DQ234H灌注树脂其中一个牌号以这个风电叶片用真空灌注环氧树脂体系的分析为例,用两种不同的方法来研究风电环氧树脂的工艺性能。
  第一种方法是:简单的黏度等高线判断方法;
  第二种方法是:通过流变学的方法模拟环氧树脂黏度、灌注流速、灌注流动距离与时间、温度之间的关系,通过各参数之间的经验关系,确定环氧树脂体系的最高可灌注黏度以及最佳灌注工艺条件。
  在两种研究方法前,先分别测定出 15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、50℃。    下环氧树脂体系的混合黏度随时间的变化曲线。我们这个方法是旋转流变仪测的,旋转流变仪的样品大概不超过2g,这个2g的环氧树脂,基本上消除了反应放热对混合黏度的影响,测试结果如图3所示。从图3可以看出,树脂温度越高,环氧树脂体系的初始混合黏度越低,混合黏度随时间变化的增加速率越快,即反应速率越快。这与大多数环氧树脂体系的流变性能一致。根据所测得的混合黏度随时间变化的数据,通过软件转换可以得到时间随温度变化的黏度等高线图。
  该黏度等高线图经常被用于环氧树脂体系工艺时间窗口的预测。目前并没有文献给出环氧树脂黏度具体增大到什么值后就可以认为其工艺性能非常差,通常该黏度取值范围为500~1000mPa•s。从图4中可以看出,在500~1000mPa•s范围内的黏度等高线上,可操作时间最长的温度在25℃左右。通过黏度等高线的判断方法,可以粗略认为DQ230E/DQ234H灌注环氧树脂体系拥有最长可操作时间的温度为25℃左右。
  第二种流变特性方法:通过黏度等高线的判断方法,我们可以粗略找出灌注环氧树脂体系的最佳灌注温度。 但该方法存在两个缺陷: 1、确定可操作时间的黏度数值的确定没有依据,为经验值; 2、未考虑不同温度下灌注树脂体系的黏度不同,灌注速率不同,因此最长的可操作时间并不代表拥有最佳的灌注性能。
  通过流变学模拟,可以将特定条件下灌注树脂体系的黏度、流速、温度和时间等因素的相互关系用公式表示,从中找出最佳灌注方案。
  针对热固化树脂固化过程的流变学模拟存在很多不同的经验公式,比较常用的是双Arrhenius公式,其表达式如下,式中:η表示黏度 ;T和t分别表示温度和时间式中,η表示黏度,T和t分别表示温度和时间,η和k和k均为Arrhenius指前系数;E和Ek分别表示树脂的流动活化能和固化反应活化能。参照双Arrhenius公式,我们使用公式(1)来模拟灌注树脂体系在等温条件下黏度随时间的变化。
  多元线性回归的调整判定系数R2值的范围为0 ~ 1,调整R2越接近1,说明线性关系越强。从表1中可以看出,所有温度下的调整R2值均大于0.997,这表明拟合值与测试值的吻合度很高。 公式(1)中参数a和b均为温度T的函数,参照双Arrhenius公式分别对a、T和b、T进行拟合,找出拟合公式所对应的各参数如表2所示。使用以下公式进行模拟的调整R2数值均大于0.99,这说明拟合公式拥有很高的匹配度。人们常常使用达西定律来描述多孔介质中流体的流动性,该定律也同样适合用于描述灌注环氧树脂体系在增强材料中的流动性。图6是根据公式(9)绘制出的不同温度下s/C1与t之间的关系曲线,从图中我们可以得出以下结论:在等温条件下,灌注温度越高,其灌注树脂的初始流动速率越大,最大流动距离越远。
  由于在模拟假设中未考虑凝胶效应带来的影响,从公式(9)中可以看出,当时间t趋于无穷大时,树脂达到最远流动距离。为便于分析,定义时间t0.9为树脂流动距离达到最远流动距离的90%时所需的时间,η0.9为此时的树脂黏度。从图5中可以看出,树脂流动距离越接近最远流动距离时其流动速度越慢。我们可以近似地认为t0.9为灌注树脂的可操作时间,η0.9为灌注树脂的最高可灌注黏度。对DQ230E/DQ234H灌注环氧树脂体系,通常在室温条件下进行灌注,根据公式(11)可以计算出25℃下的最高可灌注黏度为2130mPa•s。从公式(6)中知,灌注树脂的流动速率与其黏度成反比,黏度越大流动速率越慢,若树脂黏度高于该温度,其流动速率将会继续降低。 因此,我们可以近似的认为该灌注树脂体系的最高可灌注黏度为2000mPa•s。从图7中我们可以明显看出,灌注温度越高,树脂黏度达到2000mPa•s时的流动距离越远,越有利于树脂的灌注。
  事实上,在灌注树脂体系的实际使用中我们发现并非灌注温度越高越好,这主要是因为本研究是在等温的前提下进行的,忽略了反应放热带来的影响,与实际情况存在如下偏差:
  1)反应放热导致灌注时树脂的实际温度比灌注环境温度高,此时与等温条件存在偏差:树脂体系的黏度随时间的增大速率更快,可操作时间更短;
  2)温度越高树脂体系的黏度越小,灌注速率越快,过快的灌注速率可能导致树脂对玻璃纤维布等增强材料的浸润程度不够,由于树脂与增强材料之间的界面作用力较小导致复合材料的综合性能较差;
  3)树脂体系的用量越大,灌注温度越高,放热峰温度越高,过高的放热峰温度可能会导致树脂体系出现爆聚现象,直接影响最终产品性能。由于放热峰温度不仅与树脂体系性能有关,还与树脂用量、复合材料制品形状和制品热扩散环境等多因素有关,因此使用时需要根据实际情况确定可接受的最高温度。此时,温度越接近该最高温度,环氧树脂体系的灌注工艺性能越好。
  我们说一下总结与结论:本实验在等温条件下测试了不同温度下DQ230E/DQ234H灌注环氧树脂体系的黏度随时间的变化数据。 1)根据测试数据,我们绘制了时间随温度变化的黏度等高线图,得出了该灌注环氧树脂体系拥有最长可操作时间的温度为25℃左右的结论。
  2)通过流变学模拟的方法,我们可以得到树脂黏度与时间和温度之间的关系式,DQ230E/DQ234H灌注环氧树脂体系流动距离s与时间T和温度t之间的关系。
  3)找出了该灌注树脂体系的最高可灌注黏度为2000mPa•s,并且灌注温度越高树脂黏度达到该黏度时的流动距离越远。
  谢谢大家,我的报告到此完毕,如果有不当之处请批评指正!
 
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