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        環氧樹脂體系在風力機中的應用、回收與更新

        放大字體  縮小字體 發布日期:2014-02-07  來源:北極星  瀏覽次數:72
        核心提示:隨著風力機、樹脂生產實踐和科技的發展,環氧復合材料除了廣泛用于加工葉片外,還加工葉片的模具和機艙罩、驅動軸,新近還出現了用于修復葉片的新趨勢,等等

        1 概 述

        風電屬極具發展潛力、發展最快的可再生能源。“目前,世界最大風力機的輸出功率達6MW(葉輪直徑126m,葉片長61.5m)、” 7 MW(GE公司)甚至10 MW(英國正在試制)。風力機葉片起著將風能轉化為電能的作用,是風力機的關鍵構件。目前,葉片一般采用環氧復合材料(碳纖維或玻纖/環氧樹脂)加工。隨著風電業的迅猛發展,葉片的復合材料[注]消耗量逐年遞增([注]:以環氧復合材料為主——筆者注):以印度風力機葉片的復合材料消耗量為例(見下表),2008年為2.596萬t, 2006~2009年的增長率約28%;“我國2007年約7萬t,年增長率約80%”。隨著風力機、樹脂生產實踐和科技的發展,環氧復合材料除了廣泛用于加工葉片外,還加工葉片的模具和機艙罩、驅動軸,新近還出現了用于修復葉片的新趨勢,等等,不一而足——真可謂不可或缺、用途廣矣!

        環氧樹脂在風電中的應用

        2 制造葉片用環氧樹脂體系與成型工藝

        2.1 環氧樹脂、預浸料

        乘風電業迅猛發展的大好形勢,“世界頂級化工公司——德國BASF公司和美國Dow Epoxy System公司,都瞄準了風力機葉片市場,紛紛競相推出葉片用環氧復合材料配套系列產品。”

        最近,江蘇泰州市惠利電子材料有限公司與山東大學合作,研制成環氧樹脂澆注料——葉片專用樹脂[注]。該材料有7項性能指標達到或超過國外同類產品,質優、價格低于進口貨,今年6月投產,預計明年產量達1 500t/a ([注]:此前,該樹脂我國依賴進口)。 Risoe DTU公司宣布:幫助中國林業部門利用竹纖維(bamboo shreds)/環氧樹脂試制葉片。

        AIRSTONE system風力機葉片用環氧產品(美國Dow Epoxy System公司)的性能好,通過了德國勞埃德(Germanischer Lloyd,GL)認證;此外,還有模具用環氧樹脂、粘結劑等。其適用的成型工藝很多,如:真空灌注、濕法手糊等。真空灌注用低粘度環氧樹脂的流動性極佳,可改善產品的力學性能、熱敏性能。該產品可使葉片更強韌、輕質、易于生產。另訊:AIRSTONE牌環氧樹脂、半成品有三種配方:①美國POLY-CARB Inc. 的配方;②美國GNS Technologies的配方;③德國UPPC AG的配方,可用于加工葉片;[2]該公司的Styrofoam牌絕緣材料也可用于加工葉片。
         

        瑞士Gurit公司推出兩種葉片用環氧預浸料:①Spar Prog牌單向纖維預浸料,用于加工氣泡少、質量高的厚層層壓板,生產效率高;②WE91L牌預浸料,放熱性低,低溫(如:80℃)固化或120℃/65分固化,21℃環境里的貯存期為60d。

        德國BASF公司與德國Leuna-Harze公司[注]簽約,合作生產葉片用環氧樹脂(已通過德國勞埃德認證),共同供應歐洲市場;同時也使BASF公司得到了長期原料供應的保障([注]:德國Leuna-Harze公司是歐洲領先的環氧樹脂制造商,其產品有:普通環氧樹脂、特種環氧樹脂(如:雙酚F環氧樹脂)和各種活性稀釋劑)。目前BASF公司提供的葉片用雙組分環氧樹脂有:兩種浸漬環氧樹脂(infusion resin),一種層壓環氧樹脂。

        EPOVIA™乙烯基酯樹脂(Cray Valley公司和VVP公司)加工葉片的厚度5~15mm,長度達50m。層壓板里的GF(或CF)含量65~70%。跟環氧樹脂相比它的優點有:①物料的粘度較低:室溫110cps;35℃<50cps(環氧樹脂的物料則達1000cps);②固化性能較好,初始濕強度(initial green strength)尤佳。應該指出,濕強度對長條形復合材料制品(如:葉片、結構件)很關鍵。因為該制品必須經受住>120℃的后固化工藝(要求快速提高到最大固化速度和固化性能),模具材料每天必須在>120℃的高溫環境里暴露6~8h。該樹脂能快速提高濕強度,模具的成本也較低??傊?,作為葉片的粘結基材,該樹脂優于市售普通環氧樹脂。

        2.2 輔助材料

        拜耳公司利用CF/環氧樹脂、納米碳管填料等加工葉片,可使葉片長度超過60m,并大大減輕重量,例如:利用不到20kg新材料[納米碳管填料等——編者注],就可使葉片重量減輕3t。

        SGL集團把CF和其他高性能纖維制品等科學地應用到復合材料里,為設計理念開發出創新的、最佳解決方案,例如:把Sigrafil C牌碳纖維、UD預浸料用來增強葉片,效果很是理想。
         

        BASF公司生產Baxxodur牌葉片用環氧樹脂的固化劑、促進劑和添加劑。Baxxodur牌胺固化劑通過了德國勞埃德認證,將用于下一代環氧樹脂。XTEND牌葉片用水性脫模劑(美國Axel塑料研究試驗室),由Xtand WS-47水性密封膜(sealer)和Xtand W7838D表面無光脫模膜組成,環保,強度高(滿足環氧、不飽和聚酯樹脂成型工藝的要求)。密封膜和脫模膜都是噴射在室溫(或加熱)的模具型面上,可使制品產生無光表面。該劑具有阻燃、無氣味、快干、快固化的特性。

        2.3 芯 材

        近來常州天晟新材料股份有限公司研制成Strucell結構泡沫芯材[注],以乙烯基聚合物為基礎,具有芳香酰胺聚合網絡修正的剛性交聯結構,剛度、強度、抗疲勞性和抗沖擊性都優良,耐多種化學物質,幾乎不吸水,隔音、隔熱;可與多種纖維復合結構加工成芯材(如:葉片的結構泡沫芯材)、夾芯復合材料。其性能達到國際先進水平,通過了GL認證([注]:此前,該芯材我國依賴進口)。

        AIREX牌芯材、BAALTEK牌巴爾薩木(balsa)(Alcan Composites公司)可用于加工葉片(另訊:Alcan Composites公司在上海Tang Zhen(唐鎮)工業區建成了“Alcan復合材料芯材中心”,具有AIREX牌芯材、BAALTEK巴爾薩木和其他芯材生產線。其目標是向中國和亞太地區提供主要用于風力機葉片的前沿復合材料芯材。)瑞典利用聚對苯二甲酸乙二酯(PET)做葉片芯材,可回收,回收料的性能、強度如初。
         

         
         
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