DQ230E灌注環氧樹脂性能表征

鄧樹斌　江一杭

摘要：對DQ230E灌注環氧樹脂性能進行全面表征。測試結果表明，與DQ200E灌注環氧樹脂相比，DQ230E灌注環氧樹脂初始混合黏度更低，反應活性近似，澆鑄體性能和FRP性能相當。因此，DQ230E灌注環氧樹脂的力學性能與DQ200E環氧樹脂相當，而工藝性能更優于DQ200E灌注環氧樹脂。

關鍵詞：風電葉片；灌注；環氧樹脂

引言

真空灌注工藝是風電葉片制造過程中廣泛采用的一種制造工藝1。環氧樹脂是風電葉片最常見的原材料，因為相對于不飽和聚酯樹脂和乙烯基樹脂，環氧樹脂具有更小的固化收縮，并同時具有更優的耐疲勞性能等2。

目前國內大型風電葉片所使用的環氧樹脂的主要供應商有邁圖、巴斯夫和陶氏等跨國公司，上緯和惠利等臺資企業，以及東汽樹脂等大陸企業。其中東汽樹脂的DQ200E灌注環氧樹脂黏度低、操作時間長、力學性能良好，耐疲勞性能優異，已大批量應用，共生產了約3000套風電葉片并在風場穩定運行3。DQ230E灌注環氧樹脂是東汽樹脂所開發的新一代灌注環氧樹脂，本文對比測試了DQ230E樹脂和DQ200E灌注環氧樹脂的工藝性能、澆鑄體性能和FRP性能。

1.實驗

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

旋轉流變儀：英國Malvern CVO 9000； 示差掃描量熱儀（DSC）：德國Netzsch 200F3；

凝膠時間測定儀：美國Shyodu GT-S； 萬能力學試驗機：日本Shimadzu ACIC-100KN；

疲勞試驗機：日本Shimadzu EHF-EM。

1.1.2 試劑

DQ200E環氧樹脂、DQ204H環氧固化劑、DQ230E環氧樹脂、DQ234H環氧固化劑：工業級，東方汽輪機有限公司；

單軸向玻璃纖維，UD1200，0°紗線1152g/m2，90°紗線36g/m2，紗線名稱Advantex-SE1500，歐文斯科寧，工業級；

雙軸向玻璃纖維，BX806，+45°紗線401g/m2，-45°紗線401g/m2，紗線名稱Advantex-SE1500，歐文斯科寧，工業級；

1.2 測試方法

黏度：參照GB/T 22314方法，使用旋轉流變儀進行測試，所用轉子為40mm4°錐板，測試最小間隙為150μm。

凝膠時間和放熱峰：參照GB/T 12007.7方法，使用凝膠時間測定儀測試凝膠時間，實時溫度記錄儀測定放熱峰，試樣用量為100g，測試溫度為23℃±2℃。

澆鑄體力學性能：參照GB/T 2567方法進行測試，其中壓縮采用Ⅰ型試樣，沖擊采用Ⅱ型試樣。

玻璃化轉變溫度：參照GB/T 19466.2方法進行測試，升溫速率為10℃/min，取第一次掃描測得的Tmg值；

體積收縮率：參照ISO 3521方法進行測試。

2.結果與討論

2.1 黏度

黏度是風電葉片環氧樹脂工藝性能的重要指標。根據達西定律，環氧樹脂在玻璃纖維織物中的流動速率為 ，其中K為玻璃纖維織物的滲透率，A為流動截面積，η為流體黏度，P為壓力，L為流動方向距離，ρ為流體密度，g為重力常數，θ為流動方向與水平方向的夾角。與環氧樹脂本身性質相關的參數為η和ρ，而常見環氧樹脂的ρ基本相當，因此η對環氧樹脂在玻璃纖維織物中流動速率影響最大。η越大，流動速率越小，灌注葉片所需時間越長，甚至可能發生灌注完成前環氧樹脂凝膠導致整只葉片報廢的事故4。

2.2 反應活性

由于環氧樹脂和環氧固化劑混合后立即發生聚合反應，混合物黏度將不斷增加，因此灌注過程中環氧樹脂黏度是不斷變化的。該黏度不僅受初始混合黏度的影響，還受反應活性的影響。若初始混合黏度較小，而反應活性較大，環氧樹脂黏度很快增大，其工藝性能仍較差。

常用作評價環氧樹脂樹脂反應活性的參數有凝膠時間、放熱峰等。

結論：DQ230E/DQ234H凝膠時間與DQ200E/DQ204H基本相當。其中DQ230E/DQ234H的凝膠時間略短，這說明DQ230E/DQ234H的反應活性與DQ200E/DQ204H環氧樹脂基本相當，略高于DQ200E/DQ204H。

DQ230E/DQ234H和DQ200E/DQ204H環氧樹脂在23℃下的放熱峰。兩者的放熱峰時間和溫度基本一致，其中DQ230E/DQ234H的放熱峰溫度略高，放熱峰時間略短，說明其反應活性略高，與凝膠時間的測試結果一致。

2.3 澆鑄體性能

澆鑄體性能直接反應環氧樹脂固化后的性能，通常從強度、模量、韌性、耐熱溫度、固化體積收縮、吸水性等方面進行評價。

結論：DQ230E/DQ234H的澆鑄體性能與DQ200E/DQ204H相當，均滿足行業標準。

2.4 FRP性能

風電葉片中環氧樹脂和玻璃纖維織物最終以FRP的形式存在，葉片設計時更關注FRP性能，它既反應了環氧樹脂固化后的性能，又反應了玻璃纖維織物的性能以及環氧樹脂與玻璃纖維織物的匹配性。

結論：DQ230E/DQ234H的FRP性能與DQ200E/DQ204H相當。

3.總結

與DQ200E相比，DQ230E灌注環氧樹脂的初始混合黏度更低，反應活性近似，澆鑄體性能和FRP性能相當。因此，DQ230E灌注環氧樹脂的力學性能與DQ200E環氧樹脂相當，而工藝性能更優于DQ200E灌注環氧樹脂。

參考文獻：

[1]王曉飛；蔡智奇；文秀芳，皮丕輝，程江；楊卓如，風輪葉片樹脂與成型工藝研究進展，化工新型材料2012，40（1），31～34.

[2]Brondsted，P.；Lilholt，H.；Lystrup，A.，Composite Materials for Wind Power Turbine Blades. Annual Review of Materials Research 2005，35，505-538.

[3]（a）周百能；楊紅；鐘連兵，風力發電葉片灌注環氧樹脂的研制。東方電氣評論 2012，26（102），62～67；（b）周百能；楊紅；鐘連兵；盧毅；楊青海；翟保利，DQ200E系列灌注環氧樹脂性能表征，東方汽輪機 2013，（01），53-56+69.

[4]楊紅；茍鵬飛；周百能，低黏度灌注環氧樹脂體系工藝性能研究。東方汽輪機2014，（02），68-73.