高分子材料研究進(jìn)展

風(fēng)力發(fā)電葉片用高分子材料研究進(jìn)展2011.11.25技術(shù)領(lǐng)域 化學(xué)與化工材料所屬行業(yè) 制造業(yè)任務(wù)來源 自選創(chuàng)新性 國(guó)內(nèi)首創(chuàng)前言前言1.樹脂1.1樹脂材料市場(chǎng)應(yīng)用比例·表1樹脂GL認(rèn)證最低指標(biāo)

1.2樹脂材料認(rèn)證要求檢測(cè)項(xiàng)目單位環(huán)氧樹脂不飽和聚酯拉伸強(qiáng)度MPa≥55≥40斷裂伸長(zhǎng)率%≥2.5≥2.0拉伸模量MPa≥2700≥2700彎曲強(qiáng)度MPa≥100≥80熱變形溫度℃≥70≥60吸水(mg@168h)≤50≤50性能特點(diǎn)不飽和聚酯乙烯基酯環(huán)氧固化方式常溫加熱都可固化必須加熱固化浸潤(rùn)性較差良好耐腐蝕性不耐堿優(yōu)良良好放熱峰較低（100℃左右）較高（120～130℃）固化收縮率高（7～8%）低（≦5%）VOC含量含交聯(lián)劑，易揮發(fā)不含交聯(lián)劑應(yīng)用灌注、手糊灌注、手糊灌注、手糊、預(yù)浸市場(chǎng)價(jià)格低適中高1.3各類葉片樹脂性能特點(diǎn)比較層壓板的力學(xué)性能（ASHLAND)澆鑄體的力學(xué)性能（ASHLAND)·市場(chǎng)產(chǎn)品和在研技術(shù)1.3不飽和聚酯進(jìn)展產(chǎn)品型號(hào)制造商階段技術(shù)特點(diǎn)AropolG300和M300美國(guó)Ashland商品化具有高強(qiáng)度、高熱變形溫度、優(yōu)良韌性和低放熱等特點(diǎn)，分別適用于真空灌注工藝和手糊工藝Synolite?1777和1790-G-3

荷蘭DSM商品化具備較高的機(jī)械特性和較低的材料成本；后者黏度更低，尤其適用真空導(dǎo)入工藝

LSP-8020B

中國(guó)國(guó)防科大在研采用DSC熱分析技術(shù)和黏度實(shí)驗(yàn)方法，建立了雙阿累尼烏斯流變模型，可優(yōu)化工藝參數(shù)和保證葉片質(zhì)量1.4環(huán)氧樹脂進(jìn)展·市場(chǎng)產(chǎn)品和在研技術(shù)產(chǎn)品型號(hào)制造商階段技術(shù)特點(diǎn)MGSRIM135系列

美國(guó)Hexion商品化在長(zhǎng)期的應(yīng)用中證明了其優(yōu)異的產(chǎn)品品質(zhì)，其價(jià)格一直居于高位AIRSTONE系列

美國(guó)Dow商品化可使風(fēng)輪葉片強(qiáng)度更高，重量更輕，并且更容易制造Baxxodur?

5300和5400德國(guó)Basf商品化前者可將現(xiàn)行葉片生產(chǎn)周期縮短，將生產(chǎn)效率提高30％；而后者則比傳統(tǒng)灌注體系延長(zhǎng)了固化時(shí)間，有利于工藝穩(wěn)定操作1.5乙烯基酯樹脂進(jìn)展·市場(chǎng)產(chǎn)品和在研技術(shù)產(chǎn)品型號(hào)制造商階段技術(shù)特點(diǎn)Hydrex100HT美國(guó)Reichhold商品化具有低VOC值(苯乙烯<35％)和充裕的操作時(shí)間MFE-RTM-200和MFE-VARIM-200

中國(guó)華昌聚合物商品化具有小于0.2Pa?s的粘度，大于2h的凝膠時(shí)間，后者還具有＜0.3%的超低收縮率·主要研究目標(biāo)

針對(duì)葉片用乙烯基酯樹脂的研究重在性能改進(jìn)，改進(jìn)目標(biāo)之一是為達(dá)到抗微裂和更薄的目的而增加其固化態(tài)的塑變性；另一目標(biāo)是優(yōu)化固化的外形，縮短周期，在不影響性能綜合平衡的情況下降低峰溫。

·工藝類型和發(fā)展1.6樹脂成型工藝進(jìn)展·典型的VARTM工藝圖2.芯材▼芯材作用減輕葉片重量增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度防止局部失穩(wěn)提高抗載荷能力2.1高分子芯材簡(jiǎn)介

PVC泡沫

PET泡沫

PMI泡沫

PEI泡沫

SAN泡沫

PU硬泡沫▲材料類型考核指標(biāo)硬質(zhì)泡沫測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)值單位表觀密度60200Kg/m3ISO845剪切模量1565kg/m3DIN5329450*200*15mm剪切強(qiáng)度0.52.6MpaDIN53294楊氏模量4065MpaISO84460*60*50mm抗壓強(qiáng)度0.63.5MpaISO844吸水率（28天后）22Vol.-%ISO2896兩種硬質(zhì)泡沫夾芯材料的GL認(rèn)證最低指標(biāo)特點(diǎn)價(jià)格應(yīng)用生產(chǎn)工藝PVC①具有很好的靜、動(dòng)力性能②使用溫度：-240℃

~

80℃性價(jià)比高靠近葉尖的部位真空滲透工藝（Gurit）PET①在同樣密度時(shí)強(qiáng)度和硬度比PVC泡沫低，PET無法提供顯著的減重效果②比輕木的一致性好③可100%回收再利用性價(jià)比更高葉片殼板的尖端10米熔融擠出法PMI①耐溫性好，熱變形溫度（180~240℃）②在密度相同時(shí),PMI為強(qiáng)度和剛度最高的泡沫價(jià)格高獨(dú)特的固體發(fā)泡技術(shù)2.2高分子芯材種類和特點(diǎn)特點(diǎn)價(jià)格應(yīng)用生產(chǎn)工藝PEI①使用溫度較寬，-194℃～180℃②吸水率低，僅為0.25%昂貴目前最優(yōu)秀的方法---熔融擠出法SAN①具有交聯(lián)PVC泡沫的大部分靜力特性，但延伸率、韌性更高些，抗沖擊性能也更好②PVC泡沫一般使用增塑劑來提高聚合物韌性，而SAN泡沫是聚合物本身具有韌性③抗壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度比常用的交聯(lián)PVC泡沫差④耐熱性比PVC泡沫好接近PVC熔融擠出法PU①耐溫性能好：-100℃～150℃②絕熱性能優(yōu)良③發(fā)泡成型和機(jī)械加工簡(jiǎn)單④與其他一些結(jié)構(gòu)夾芯材料比，PU硬泡力學(xué)性能表現(xiàn)一般便宜通過纖維增強(qiáng)來彌補(bǔ)力學(xué)性能的不足2.7PU泡沫定義：

通常是由多元醇、異氰酸酯、發(fā)泡劑、穩(wěn)定劑、催化劑及其他助劑制得，屬于高交聯(lián)度、低密度閉孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)泡沫體。特點(diǎn)：①絕熱性能優(yōu)良

②發(fā)泡成型和機(jī)械加工簡(jiǎn)單

③與其他結(jié)構(gòu)夾芯材料比，PU硬泡力學(xué)性能表現(xiàn)一般④價(jià)格便宜研究方向：通過纖維增強(qiáng)來彌補(bǔ)力學(xué)性能的不足制造企業(yè)：美國(guó)WebCore公司TYCOR?W

美國(guó)Kayco復(fù)合材料公司Kay-cell3.膠黏劑·表GL認(rèn)證主要要求

3.1膠黏劑材料認(rèn)證要求項(xiàng)目單位數(shù)值拉伸剪切強(qiáng)度MPa≥12剝離強(qiáng)度N/mm≥2熱變形溫度°C≥65長(zhǎng)期蠕變實(shí)驗(yàn)192±2h≤0.18mm/0.5mm≤1mm/3mm測(cè)試條件為：分別在溫度23℃，濕度50%處理24±1h以及23℃蒸餾水下浸泡1000±12h▼四類基礎(chǔ)材料☆環(huán)氧樹脂乙烯基酯樹脂聚氨酯樹脂丙烯酸酯樹脂▼選用原則同源匹配性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求制造工藝特點(diǎn)類別技術(shù)特點(diǎn)制造商產(chǎn)品型號(hào)環(huán)氧具有粘接性優(yōu)、抗流掛性強(qiáng)、韌性高、操作時(shí)間長(zhǎng)、耐超低溫（-40℃以下）性能最優(yōu)美國(guó)Hexion上?？颠_(dá)MGSBPR135G系列

WD3135/3137

乙烯基酯與不飽和聚酯和乙烯基酯葉片匹配，常溫固化，生產(chǎn)周期短荷蘭DSM美國(guó)AshlandNeobond6100-w-3EnguardBP6200ARF

聚氨酯并未撼動(dòng)環(huán)氧膠黏劑的市場(chǎng)地位

德國(guó)HenkelMacroplastUK1340

丙烯酸酯黏度小，操作時(shí)間長(zhǎng)，柔韌性超強(qiáng)，抗剝離，耐疲勞，但氣味難聞，剛性和工藝性相對(duì)較差美國(guó)ITWPlexus

MA590

3.3膠黏劑研究方向和進(jìn)展·研究方向①環(huán)氧和乙烯基酯增韌技術(shù)；②聚氨酯增強(qiáng)技術(shù)；③凝膠時(shí)間控制技術(shù)；④阻燃技術(shù)；⑤工藝性研究?！ぱ芯窟M(jìn)展

許愿等人還對(duì)膠黏劑疲勞性能展開了研究，提出了一套用于結(jié)構(gòu)膠壽命表征的實(shí)驗(yàn)方案。

姚其勝等人面對(duì)海上風(fēng)電發(fā)展的需要，采用高溫鹽水浸泡法和鹽霧試驗(yàn)法，考察了三種膠黏劑產(chǎn)品在耐海水和耐鹽霧方面的性能。4.涂料4.1葉片涂料簡(jiǎn)介▼涂料性能要求高附著力高耐磨蝕性高耐候性高致密性低溫柔韌性強(qiáng)耐鹽霧性（海上）

·涂料GL認(rèn)證要求密度、黏度、不揮發(fā)物含量、彎曲測(cè)試、附著力、抗磨蝕性、光澤度和耐候性要求檢測(cè)，給出了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法，但未給出指標(biāo)?！?63計(jì)劃對(duì)涂料的要求產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)為：附著力≥5MPa；自然表干/8h，40℃烘干/3h；耐磨性500g/500轉(zhuǎn)≤20mg；耐鹽霧≥2000h無脫落，附著力保持80%；耐砂塵試驗(yàn)滿足GB2423.37-89。

4.2涂料認(rèn)證和達(dá)標(biāo)要求4.2涂料認(rèn)證和達(dá)標(biāo)要求項(xiàng)目指標(biāo)附著力5干燥時(shí)間自然表干/h40℃烘干/h≤8≤3耐磨性500g/500轉(zhuǎn)/mg≤20耐鹽霧≥2000h無脫落，附著力保持80%耐砂塵試驗(yàn)滿足GB2423.37-89863計(jì)劃對(duì)涂料的要求涂料體系價(jià)格產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)目前存在問題

溶劑型環(huán)氧厚漿底漆

聚氨酯面漆低成本低，涂膜附著力高溶劑型，氣味大

溶劑型聚氨酯厚漿底漆

溶劑型彈性聚氨酯面漆較低彈性體系，涂膜性能優(yōu)異，施工性好，成本較低；面漆在葉片搬運(yùn)過程中不易刮擦溶劑型，氣味大溶劑型環(huán)氧丙烯酸聚氨酯漆高施工工藝簡(jiǎn)單，施工性好，也可配以一道膠衣溶劑型，氣味大，噴涂時(shí)，膜厚的均一性不容易控制

無溶劑聚氨酯底漆

水性聚氨酯面漆高環(huán)境友好型水性涂料，低氣味，彈性體系底漆活化期短，施工儲(chǔ)運(yùn)對(duì)環(huán)境要求較高，干燥時(shí)間長(zhǎng)，影響施工效率

聚天門冬基酸酯涂料很高環(huán)境友好型高固體分涂料，可以厚涂（單道涂層膜厚>200μm），快干、耐候性優(yōu)異成本高；需控制膜厚均一性

膠衣

無溶劑聚脲底漆

水性聚氨酯面漆最高低氣味，環(huán)保，膠衣和底漆干燥快、易打磨成本高，多一道施工；膠衣和底漆較脆；面漆在葉片搬運(yùn)過程中易出現(xiàn)刮擦問題·主要供應(yīng)商德國(guó)Bergolin、美國(guó)PPG、德國(guó)Mankiewicz、意大利Mega、中國(guó)永新等?！ぶ袊?guó)主要研究單位中國(guó)涂料工業(yè)協(xié)會(huì)、常州涂料化工研究院、北方涂料化工研究設(shè)計(jì)院、湖南湘江涂料集團(tuán)、江蘇普蘭納涂料公司等?！の磥戆l(fā)展趨勢(shì)高性能雙組分水性聚氨酯涂料更符合風(fēng)電綠色能源發(fā)展概念。

4.3涂料市場(chǎng)研究概況5.密封膠帶5.1VARTM工藝用密封膠帶▼密封膠帶應(yīng)用示意圖

▼性能要求

良好的密封性和耐溫性

較高的彈性模量和伸長(zhǎng)率

較強(qiáng)的黏附力

冷卻易剝離性

對(duì)人體友好性▼主要產(chǎn)品

美國(guó)AIRTECHAT-199和AT-200Y

法國(guó)AEROVACLTS90

結(jié)語近年來