固化程度對(duì)玻纖層合板與 涂層界面性能的影響

石志琪，林 明，楊孝慶

（洛陽(yáng)雙瑞風(fēng)電葉片有限公司，洛陽(yáng) 471039）

0 前言

面對(duì)石化能源日益枯竭、氣候變化、環(huán)境污染等問(wèn)題的挑戰(zhàn)，大規(guī)模利用可再生能源已成為國(guó)際社會(huì)的普遍共識(shí)［1］。風(fēng)力發(fā)電作為一種綠色可再生能源，有利于減少溫室氣體排放、保障能源安全［2］，在我國(guó)及世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展。

風(fēng)力發(fā)電葉片作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其性能好壞直接影響風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用效率和機(jī)組所受載荷，在很大程度上決定了機(jī)組的整體性能和風(fēng)電開(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)性。

風(fēng)電葉片通常在惡劣環(huán)境中運(yùn)行，雨水腐蝕、紫外線、風(fēng)沙、鹽霧等不斷侵蝕玻璃鋼葉片［3］，為了保護(hù)葉片長(zhǎng)久運(yùn)行的安全性，需要在葉片表面涂覆涂層［4］。涂層對(duì)葉片具有防護(hù)性能，除了涂層本身性能優(yōu)異外，還需要涂層與玻璃鋼基材具有良好的附著力［5］。

目前葉片生產(chǎn)工藝，通常為2個(gè)半片粘結(jié)合模制備，在合模縫外部區(qū)域，需進(jìn)行手糊玻纖布進(jìn)行加強(qiáng)，在手糊玻纖布工序結(jié)束，葉片開(kāi)始進(jìn)行修型涂層工序［6］。葉片通常是連續(xù)生產(chǎn)，近10年來(lái)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)葉片生產(chǎn)效率要求不斷提高，手糊玻纖織物后，受車間條件限制，通常在無(wú)人為熱源條件下固化，常溫條件下，手糊樹(shù)脂固化通常需要1～2 h，氣溫降低，固化時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，手糊層合板常溫固化后，其固化程度較低，其Tg通常較低，因?yàn)榇嬖诠袒潭葘?duì)界面結(jié)合性能影響的擔(dān)憂［7］，實(shí)際生產(chǎn)工通常需要消耗大量的物力和大量時(shí)間對(duì)手糊制品進(jìn)行加熱處理，提高固化程度即Tg值，再進(jìn)行后續(xù)涂層施工［8］。本文考察手糊制品固化程度對(duì)界面結(jié)合性能影響，確保在保證質(zhì)量的前提下，提高生產(chǎn)效率，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

為模擬真實(shí)使用工況，本實(shí)驗(yàn)所用原料與風(fēng)力發(fā)電葉片生產(chǎn)常用原料保持一致。

玻璃纖維織物，E-glass BX810，歐文斯科寧復(fù)合材料有限公司；

手糊樹(shù)脂主劑，環(huán)氧樹(shù)脂 235#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

手糊樹(shù)脂固化劑，胺類固化劑 234#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

手糊樹(shù)脂固化劑，胺類固化劑 239#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

修型膩?zhàn)樱郯滨?100#，麥加芯彩新材料科技（上海）股份有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所用檢測(cè)設(shè)備均經(jīng)第三方計(jì)量認(rèn)證校準(zhǔn)合格，主要儀器設(shè)備：

鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9030A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

DSC：404F1，NETZSCH；

邵氏硬度計(jì)：HS-D，上海高致精密儀器有限公司；

拉拔力測(cè)試儀：PosiTest AT-M，Defelsko。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在環(huán)境溫度為15～25 ℃，相對(duì)濕度RH≤75%條件下［9］，依據(jù)廠家推薦的手糊樹(shù)脂配比，快速固化劑：慢速固化劑質(zhì)量配比4∶3進(jìn)行調(diào)配，手糊4塊玻璃纖維織物樣布，室溫放置120 h，將樣板分別放置在55 ℃、60 ℃、75 ℃環(huán)境中數(shù)小時(shí)進(jìn)行后固化［10］，提高玻璃鋼Tg值，模擬葉片實(shí)際生產(chǎn)中不同的工藝條件，樣板冷卻后，樣板表面刮涂修型膩?zhàn)樱胤胖? d，通過(guò)附著力考察Tg對(duì)玻璃鋼/涂層界面附著力的影響［11］。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同溫度加熱處理樣品Tg測(cè)試

通過(guò)考察不同熱處理溫度玻璃鋼的Tg值，用于表征制品的固化程度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，常溫固化處理的試樣Tg為40.6 ℃，加熱溫度為55 ℃、60 ℃和75 ℃熱處理試樣，測(cè)定的Tg分別為54.5 ℃、59.9 ℃、70.4 ℃；常溫固化處理方式代表生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)未加熱固化的試樣狀態(tài)，不同溫度加熱方式模擬生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同的加熱狀態(tài)，加熱溫度提高，試樣的Tg隨之升高，Tg從59.9 ℃到70.4 ℃過(guò)程中，熱處理溫度提高較大，且加熱處理時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，但Tg值增加變緩，表明此Tg接近最終Tg值。

圖1 不同溫度處理樣品Tg測(cè)試

2.2 不同溫度處理試樣的邵氏硬度測(cè)定

對(duì)于手糊玻璃鋼樣板，采用不同加熱方式處理，通過(guò)測(cè)定邵氏硬度用于表征樣板基材的固化度，為實(shí)際葉片生產(chǎn)提供快速便捷的質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同溫度處理試樣的硬度測(cè)定

通過(guò)測(cè)定，不同加熱方式處理的試樣的邵氏硬度值接近，對(duì)于確定的高分子材料，硬度值的影響因素主要是分子交聯(lián)程度和分子主鏈中柔性基團(tuán)的影響，從測(cè)試結(jié)果看出，常溫固化處理的試樣，對(duì)應(yīng)的硬度值已經(jīng)較高，其內(nèi)部分子交聯(lián)程度較高。同時(shí)可以看出，不同溫度處理的試樣的邵氏硬度均小于90HD以下，通常認(rèn)為該材料材質(zhì)仍然偏軟，且試樣的厚度僅為2～3 mm，為了避免因基板原因?qū)罄m(xù)附著力測(cè)試產(chǎn)生影響，需要將試樣粘附在較厚的復(fù)合材料上，硬度應(yīng)不低于試樣。本次試驗(yàn)中，將上述試樣粘附在厚度超過(guò)15 mm的夾芯復(fù)合材料表面。

2.3 Tg值對(duì)玻璃鋼/涂層界面結(jié)合力影響

附著力測(cè)試依據(jù)GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉開(kāi)法附著力實(shí)驗(yàn)》［9］的規(guī)定，采用直徑20 mm的鋁錠，采用美國(guó)Defelsko生產(chǎn)的PosiTest AT-M型號(hào)拉拔儀進(jìn)行附著力測(cè)定，本次測(cè)定對(duì)鋁錠周圍涂層進(jìn)行旋切，破壞狀態(tài)見(jiàn)圖2，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同熱處理方式的樣板附著力測(cè)試結(jié)果

圖2 不同固化程度測(cè)試附著力

通過(guò)附著力測(cè)試，結(jié)果如下：常溫固化處理的附著力平均值為6.27 MPa，55 ℃鼓風(fēng)加熱1 h的附著力平均值為6.48 MPa，60 ℃鼓風(fēng)加熱1 h的試樣附著力平均值為6.42 MPa，75 ℃鼓風(fēng)加熱2 h的試樣附著力平均值為6.68 MPa，從破壞模式看，100%均為膩?zhàn)?內(nèi)聚破壞，對(duì)比分析可以看出，隨著試樣熱處理溫度提高，附著力增加，但是增加很緩慢，即手糊樹(shù)脂Tg對(duì)玻璃鋼/聚氨酯修型膩?zhàn)咏缑娓街o(wú)顯著影響。對(duì)于正常修型膩?zhàn)油繉樱街σ话愦笥? MPa即可滿足葉片實(shí)際運(yùn)行，因此從測(cè)試結(jié)果看出，手糊樹(shù)脂常溫固化后，直接施工修型膩?zhàn)硬粫?huì)對(duì)界面性能產(chǎn)生影響，同樣不會(huì)對(duì)后續(xù)涂層作業(yè)產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

（1）手糊玻纖層合板的硬度隨著手糊樹(shù)脂交聯(lián)固化程度（Tg表征）提高而緩慢提高，但增加緩慢，表明手糊層合板的邵氏硬度與手糊樹(shù)脂交聯(lián)程度非敏感關(guān)聯(lián)。

（2）手糊樹(shù)脂交聯(lián)固化程度對(duì)玻璃鋼板/修型膩?zhàn)咏缑娼Y(jié)合性能無(wú)顯著影響。測(cè)試結(jié)果表明：Tg為40.6 ℃、54.5 ℃、59.9 ℃、70.4 ℃對(duì)玻璃鋼/涂層界面結(jié)合性能差異較小，且都能滿足技術(shù) 要求。

（3）葉片實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，從玻璃鋼/涂層附著力角度考慮，手糊樹(shù)脂固化后，即可刮涂膩?zhàn)樱浣缑娼Y(jié)合性能良好，不會(huì)因Tg偏低存在膩?zhàn)优c手糊玻璃鋼板之間界面結(jié)合弱的風(fēng)險(xiǎn)，手糊玻纖層合板的Tg值可以在膩?zhàn)蛹昂罄m(xù)的相關(guān)工序全部完成后再進(jìn)一步的增加，最終達(dá)到最小許可范圍，進(jìn)而可以避免手糊布Tg值過(guò)低而不能進(jìn)行后續(xù)作業(yè)工序的問(wèn)題，從而提高葉片生產(chǎn)效率。