潛伏性灌注樹脂在風電葉片中的應用分析

張春愛，劉鮮紅

(東方電氣(天津)風電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

近年來，風電行業發展迅速，發電功率從幾兆瓦向十兆瓦等級不斷提高，這對葉片的長度提出更高要求，單支葉片長度不斷增大，最長達到百米左右。受大尺寸葉片制造工藝的限制，對風電葉片的重要原材料——真空灌注樹脂[1]提出了更高要求。目前，環氧樹脂在在風電行業中應用最為廣泛[2]，在大尺寸葉片的生產中，要求其灌注過程中前期粘度變化緩慢，以實現大尺寸灌注工藝。因此，市場上不斷開發出潛伏性環氧真空灌注樹脂，以適應大尺寸風電葉片灌注生產[3]。

1 實驗部分

1.1 原材料及設備

實驗設備：恒溫干燥箱，多通道測溫儀，粘度計，電子天平。

實驗原料：潛伏性環氧樹脂主劑，3325A；潛伏性環氧樹脂固化劑，3325B。

1.2 實驗內容

將潛伏性環氧樹脂主劑(3325A)和固化劑(3325B)按 100∶20比例手動混合均勻，于 25℃真空干燥箱中測試樹脂凝膠時間與樹脂用量關系；測試樹脂粘度-時間曲線；測試樹脂溫度-粘度曲線；測試樹脂不同用量下溫度-時間曲線。

2 結果與討論

2.1 樹脂凝膠時間與樹脂用量關系

將混合均勻的潛伏性環氧樹脂裝入 1L圓柱形桶中，用量分別為 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)，于 30℃恒溫烘箱中測試其凝膠時間，測試結果如表1。

通過表 1發現，隨樹脂用量增加，樹脂凝膠時間不斷減小，說明樹脂高度的增加，不利于樹脂反應過程熱量的釋放，導致樹脂反應不斷加快。若樹脂高度控制在 5cm以下，其凝膠時間可保持在 200min以上，從而為真空灌注工藝提供更長的灌注時間。

表1 樹脂凝膠時間與樹脂用量關系Tab.1 Relationship between resin gel time and resin amount

2.2 樹脂粘度-時間曲線及樹脂溫度-粘度曲線

將 100g樹脂置于 100mL一次性杯中，樹脂高度為 7cm，置于 30℃烘箱恒溫環境中，測試其粘度-時間曲線和溫度-粘度曲線(圖1、圖2)。

圖1 100g樹脂粘度-時間曲線Fig.1 Resin viscosity-time curve for 100g

圖2 100g樹脂溫度-粘度曲線Fig.2 Resin temperature-viscosity curve for 100g

從100g樹脂粘度-時間曲線看，在210min內粘度可保持在 1000mPa·s以下，最佳灌注時間為200min以內，之后隨時間延長，樹脂粘度急劇升高，不利于灌注。從 100g樹脂溫度-粘度曲線來看，隨粘度升高，其溫度無明顯變化，環境溫度為 30℃時，樹脂反應過程放熱使樹脂溫度保持在35℃左右，未出現急劇放熱，顯示此時放熱與散熱之間達到相對平衡。

2.3 樹脂不同用量下溫度-時間曲線

為研究樹脂使用過程中樹脂高度(用量)對放熱峰的影響，在 1L桶中分別盛裝 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)樹脂，置于30℃恒溫烘箱中，通過測試溫度-時間曲線，研究不同用量樹脂在使用過程中溫度隨時間的變化及放熱峰。

圖3 1L桶中樹脂不同高度下溫度-時間曲線Fig.3 Temperature-time curve of resin at different heights in 1L bucket

由圖3曲線可見，在180min以內樹脂溫度可保持在 60℃以下，同時粘度變化緩慢，180～200min樹脂溫度急劇上升，直到出現放熱峰，觀察發現在該20min內樹脂粘度急劇升高，在出現放熱峰同時樹脂會固化成塊狀。因此，樹脂的最佳灌注時間應在180min以內。樹脂放熱峰隨樹脂用量增加逐漸升高，當樹脂用量為 100g、樹脂高度為 3cm 時，樹脂放熱不明顯，這是由于樹脂用量少，放熱與散熱之間易于平衡。因此結合實際應用認為，5cm 高度以上樹脂放熱峰曲線更有實際意義。當樹脂高度為 5cm以上時，隨樹脂用量增加，放熱峰逐漸升高，均達到200℃以上，樹脂用量越多，放熱速度越趨急劇。

3 結 論

潛伏性環氧灌注樹脂(3325A/3325B)具有前期反應速度極其緩慢、后期反應速度劇增的特點，使其在應用過程前期粘度變化緩慢、溫度上升緩慢，結合生產應用實際需求，可保證在前180min內有較好的灌注性能；同時，由于該樹脂后期反應迅速，導致樹脂粘度急劇升高、放熱急劇加快、溫度急劇升高。因此，潛伏性環氧灌注樹脂(3325A/3325B)可為大型葉片的前期灌注提供較長的灌注時間，但需將灌注過程控制在180min以內，以便順利完成灌注。