应用于叶片和胶粘剂的环氧树脂-瀚森.doc

应用于未来叶片的环氧树脂和胶黏剂作者:刘扬涛提交日期:2009-12-315:30:00|分类:|访问量:,,,,,ühle,J.-ümann,中国复合材料集团有限公司刘扬涛(译)摘要本文比较了液态环氧树脂(EP)和乙烯基树脂(VE)的静态性能和疲劳性能,并以40m叶片为例进行了比较研究。结果表明:如考虑单向铺层结构的力传递,环氧树脂具备比乙烯基树脂更加优越的性能。采用乙烯基树脂的叶片相比环氧树脂叶片要增重近8%,才能使其在极端载荷下具备环氧叶片相同的挠度。测试获得了两种材料的S-N曲线,并据此估算相应叶片的疲劳寿命,乙烯基树脂叶片的疲劳损伤速度是环氧叶片的60余倍。环氧胶黏剂是基体树脂之外,叶片生产中使用的另一个重要的环氧体系。本文对环氧胶黏剂的固化温度、玻璃化转变温度、固化行为及放热、收缩和触变等重要特性也进行了较详细的描述。引言尽管叶片不断向大型化发展,尤其是针对海上风场的应用,但众多叶片的生产和设计仍在采用玻纤增强复合材料(GFRP)。通常这些叶片都选用热固性的树脂基体材料。在叶片技术发展的初期,人们采用不饱和聚酯(UP)制造相对较小的叶片;伴随着风力发电机尺寸越来越大,环氧树脂却开始广泛的用于叶片生产,尽管其价格比不饱和聚酯(UP)高很多。之所以如此,主要有以下原因。首先,使用的不饱和聚酯需加入一定量的苯乙烯以降低树脂粘度和提高树脂反应活性,这造成了苯乙烯的挥发和固化收缩率的上升(5-8%)。由于其收缩过程更大程度上发生在树脂固化后阶段,聚酯复合材料有更高的内应力(放热也相对偏高),这会造成材料强度和疲劳寿命的降低。其次,当时开模工艺还很普遍,当采用开模工艺时,需要采取通风措施以及时吸走挥发的苯乙烯气体,这增加了工艺过程中的能耗。与聚酯相比,环氧树脂的固化收缩率仅为2-5%,内应力很低;同时环氧树脂与玻纤有非常好的粘结性能。这使得环氧树脂在静态力学性能上有很大的优势,如树脂断裂应变、复合材料的层间剪切强度(ILSS)等。不仅如此,环氧复合材料的疲劳性能(表现为S—N曲线的斜率)也公认的优于聚酯复合材料。目前,人们似乎又开始倾向采用不饱和聚酯生产叶片,包括乙烯基树脂(VE)也越来越多的被关注。乙烯基树脂在化学结构和机械性能上介于不饱和聚酯和环氧树脂之间,但价格比环氧树脂便宜,操作也比环氧树脂更容易。本文将重点针对树脂的静态性能和疲劳性能,将乙烯基树脂与环氧树脂进行比较。除了基体树脂,胶黏剂在叶片生产中也是非常重要的角色,对其性能要求也非常高。一个可用的胶黏剂必须具备如下几项重要的功能:首先它必须能够很好的粘接叶片的前后缘及叶片主桅结构和蒙皮,因此,它经常要粘接间距达30mm的表面,这要求它的收缩必须非常小,只有这样才能承受因收缩引起的多维应力。其次,从技术上说,它还要具备优异的操作特性。胶黏剂的反应周期与叶片模具的工作周期要紧密吻合,不仅要有很好的断裂韧性,还要具备与树脂差不多的玻璃化温度。采用环氧胶黏剂是满足这些要求并顺利取得相关认证的最有效方法。本文的第二部分相对详细的阐述了叶片胶黏剂的具体要求。需要指出,本文有关环氧树脂和环氧胶黏剂的观点出自H