DQ200及E230系列環(huán)氧樹脂體系的灌注工藝性能測(cè)試及對(duì)比

鄧樹斌，黃有慧

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)可使用壽命為 20年，環(huán)氧樹脂是風(fēng)電葉片最常見的原材料，因?yàn)橄鄬?duì)于不飽和聚酯樹脂和乙烯基樹脂，環(huán)氧樹脂具有更小的固化收縮，并同時(shí)具有更優(yōu)的耐疲勞性能等[1]。風(fēng)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，環(huán)氧樹脂的抗老化能力對(duì)于風(fēng)電葉片產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

目前國(guó)內(nèi)大型風(fēng)電葉片所用環(huán)氧樹脂的主要供應(yīng)商有邁圖、巴斯夫和陶氏等跨國(guó)公司，上緯、惠利和東汽樹脂等國(guó)內(nèi)企業(yè)。東汽樹脂的E230和DQ200灌注環(huán)氧樹脂黏度低、操作時(shí)間長(zhǎng)、力學(xué)性能良好、耐疲勞性能優(yōu)異，已大批量應(yīng)用，共生產(chǎn)了約3000套風(fēng)電葉片并在風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行[2]。東汽樹脂的 E230和DQ200系列樹脂都是具有代表性的產(chǎn)品，通過(guò)真空灌注工藝方法制作的樣片[3]。本文對(duì)比測(cè)試了 E230和 DQ200環(huán)氧樹脂的工藝性能，如灌注速度、過(guò)程放熱、放熱時(shí)間等。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料及設(shè)備

1.1.1 設(shè)備及工具

風(fēng)力發(fā)電葉片模具葉根端；灌注樹脂用常規(guī)真空泵；測(cè)溫槍；熱電偶；常規(guī)計(jì)時(shí)器；常規(guī)電子秤。

1.1.2 原材料

玻璃纖維三軸向織物[EKT，單位面積質(zhì)量為0°(496g/m2)，±45°(250g/m2)]；東汽樹脂體系 E230和 DQ200(100∶30)。

1.1.3 樣片的制作

本次試驗(yàn)樣片全部按照 1.27m 寬度，累計(jì)鋪層厚度100～105mm，關(guān)注難度高于普通1.5MW風(fēng)力發(fā)電葉片葉根難度。

試樣制取工藝參數(shù)：真空灌注，環(huán)境溫度為 18～20℃，自然固化后再進(jìn)行加熱后固化，80℃/4h。

1.2 試驗(yàn)

將灌注樹脂加熱至 30℃，在模具內(nèi)分別進(jìn)行葉根纖維鋪層樣片灌注試驗(yàn)，記錄樹脂的灌注速度、灌注過(guò)程中和后固化過(guò)程中葉根內(nèi)溫度變化曲線，并檢查葉根灌注結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 灌注速度

灌注速度可以從2個(gè)方面進(jìn)行比較：①整個(gè)試驗(yàn)的灌注時(shí)間，灌注所需時(shí)間越短則該樹脂的灌注速度越快；②樹脂打膠時(shí)間及重量，這里假設(shè)每次打膠時(shí)前一次的樹脂已完全消耗(表1)。

表1 DQ200與E230體系工藝性能對(duì)比Tab.1 Comparison of process performance between DQ200 and E230 systems

從圖 1可以看出，E230體系在前 150min內(nèi)的灌注速度明顯高于 DQ200體系，這主要是其黏度較小的緣故。

圖1 樹脂使用量與灌注時(shí)間的關(guān)系曲線Fig.1 Relationship between resin usage and injection time

2.2 灌注放熱

灌注過(guò)程中葉根內(nèi)部放熱情況是考察樹脂工藝性能的重要指標(biāo)。若放熱過(guò)于劇烈，則可能出現(xiàn)破壞泡沫等材料，產(chǎn)品發(fā)黑，甚至損壞葉片的情況。

從圖2可以看出：①葉根中部的放熱比葉根底部放熱劇烈；②E230體系的放熱峰時(shí)間比DQ200體系短，這主要是由于其初始溫度較高造成的；③E230體系的放熱溫度比 DQ200體系低，說(shuō)明 E230體系在相同條件下比 DQ200體系擁有更低的放熱峰溫度，這是由樹脂配方差距造成的；④在灌注過(guò)程中，葉根內(nèi)部的最高溫度為100～120℃。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)本次試驗(yàn)可以得出：①E230體系的灌注放熱比 DQ200低；②2種灌注體系灌注過(guò)程中的最高放熱溫度均不超過(guò)120℃。

圖2 灌注過(guò)程中葉片內(nèi)部溫度變化Fig.2 Change in internal temperature of blade during injection

2.3 后固化放熱

通過(guò)樣件內(nèi)部埋入的熱電偶測(cè)定溫度，就 E230和 DQ200后固化過(guò)程中放熱溫度進(jìn)行對(duì)比，溫度曲線如圖3所示。

圖3 后固化過(guò)程葉根內(nèi)部溫度變化情況Fig.3 Change in internal temperature of blade root during post-curing

從圖 3可以看出，在模具溫度升高 20℃的情況下，樹脂放熱峰溫度升高 5～10℃，最高放熱峰溫度約為 65℃?？梢钥吹皆谙嗤瑮l件下，E230體系的后固化放熱比 DQ200體系略低，后固化放熱時(shí)間比DQ200體系更晚，這說(shuō)明E230在后固化過(guò)程中放熱更平穩(wěn)。

3 結(jié) 論

①在可接受的放熱溫度條件下，樹脂初始灌注溫度越高，其灌注速度越快。但灌注溫度的升高，對(duì)灌注工藝的要求也顯著提高。②E230體系的灌注放熱溫度比 DQ200低，2種灌注體系灌注過(guò)程中的最高放熱均不超過(guò)120℃。③DQ200和E230體系樹脂均滿足工藝要求。④在相同條件下，E230體系的后固化放熱比 DQ200體系略低，后固化放熱時(shí)間比 DQ200體系更晚。這證明E230體系后固化過(guò)程中放熱更加平穩(wěn)。