專利名稱：用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用作真空灌注型樹脂體系的材料，更特別地說(shuō)，是指一種適用于 1.5MW及以上風(fēng)力發(fā)電葉片采用真空灌注工藝所用的碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料及其配制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電是可再生電能最主要的領(lǐng)域，中國(guó)風(fēng)電儲(chǔ)能巨大，前景廣闊。在風(fēng)電設(shè)備中風(fēng)力發(fā)電葉片是極為重要的關(guān)鍵部件，纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)異的綜合性能，已成為風(fēng)電葉片尤其是大型風(fēng)電葉片的主體材料。為降低風(fēng)力發(fā)電成本、提高捕風(fēng)能力，風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，葉片越來(lái)越長(zhǎng)，葉片大型化的同時(shí)還要求輕量化、低成本化和高性能化，這對(duì)樹脂的工藝性和性能提出了非常高的要求。對(duì)于 1. 5MW 5MW及以上的風(fēng)電葉片，用于小型風(fēng)電葉片的不飽和聚酯和乙烯基樹脂已不能滿足性能要求。雖然我國(guó)的環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)量和消費(fèi)量位列全球第一，但目前國(guó)產(chǎn)環(huán)氧樹脂的工藝質(zhì)量尚不穩(wěn)定，性能與進(jìn)口材料相比偏低，尚沒有能用于大型風(fēng)電葉片的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化環(huán)氧樹脂體系，基本上全采用國(guó)外公司的環(huán)氧樹脂，這些樹脂不僅價(jià)格高，而且供應(yīng)鏈吃緊，很大程度上影響了國(guó)內(nèi)企業(yè)的正常生產(chǎn)和利潤(rùn)水平。此外，真空灌注工藝是我國(guó)生產(chǎn)兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片的主要制造方法，因此兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片用真空灌注型環(huán)氧樹脂體系的國(guó)產(chǎn)化已成為我國(guó)開發(fā)風(fēng)能資源所亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。開發(fā)適用于大型風(fēng)電葉片的真空灌注型環(huán)氧樹脂體系，一方面要求樹脂的力學(xué)性能、耐熱性和工藝性符合生產(chǎn)及工作環(huán)境的要求，另一方面還要求樹脂與纖維有很好的匹配性，能夠盡可能地發(fā)揮出纖維的高模量及高強(qiáng)度特點(diǎn)，以提高纖維性能的轉(zhuǎn)化率和復(fù)合材料的綜合性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了兼顧兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片對(duì)真空灌注型環(huán)氧樹脂多方面的性能要求，本發(fā)明將多種環(huán)氧樹脂和固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑等組分進(jìn)行合理的復(fù)配，同時(shí)采用了納米材料(如碳納米管)增強(qiáng)樹脂和樹脂與纖維的結(jié)合界面，通過(guò)提高樹脂和界面的性能，增強(qiáng)樹脂與纖維的匹配性，更好地發(fā)揮纖維性能。通過(guò)本發(fā)明制備方法制得的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，其具有流動(dòng)與浸潤(rùn)性高、固化溫度低、耐熱性高，力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在大幅度提升葉片性能的同時(shí)，顯著提高了風(fēng)電葉片的生產(chǎn)效率、減少了能耗、延長(zhǎng)了模具的壽命，可以明顯降低葉片的制造成本，符合大型風(fēng)電葉片低成本高性能化的需求。本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，其特征在于該材料包括有樹脂主劑、固化劑和匹配增強(qiáng)液；100重量份的樹脂主劑中加入25 45重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液；所述100重量份的樹脂主劑中包括有70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10 重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 15重量份的1，4-丁二醇二縮水甘油醚和0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚；所述100重量份的固化劑中包括有40 70重量份的脂肪胺、18 30重量份的脂環(huán)胺、10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚；所述100重量份的匹配增強(qiáng)液中包括有70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇。本發(fā)明的一種制備用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的方法，其特征在于包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10 重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 1 5重量份的1，4_ 丁二醇二縮水甘油醚和0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取40 70重量份的脂肪胺、18 30重量份的脂環(huán)胺、10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚，并在溫度為 10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入0. 5 5重量份的碳納米管和5 10重量份的偶聯(lián)劑，并在溫度為10°c 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物；所述的碳納米管的管徑0. 5nm lOOnm，長(zhǎng)度為1 μ m 50 μ m ；所述偶聯(lián)劑是指含有環(huán)氧基官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，如Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和/或Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在60 80°C下處理30 120分鐘，制得碳納米管分散的溶液；(C)采用乙醇或者丙酮對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在60 100°C下進(jìn)行干燥90 120分鐘，制得功能化碳納米管；第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份第三步制得的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇，并在溫度為 10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液；第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入25 45重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液。


圖1是本發(fā)明第三步制得的功能化碳納米管的透射電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，該材料包括有樹脂主劑、固化劑和匹配增強(qiáng)液；100重量份的樹脂主劑中加入25 45 重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液。在本發(fā)明中，所述100重量份的樹脂主劑中包括有70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 15重量份的1，4-丁二醇二縮水甘油醚和 0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚。在本發(fā)明中，所述100重量份的固化劑中包括有40 70重量份的脂肪胺、18 30 重量份的脂環(huán)胺、10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚。
在本發(fā)明中，所述100重量份的匹配增強(qiáng)液中包括有70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇。本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10 重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 15重量份的1，4-丁二醇二縮水甘油醚和0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取40 70重量份的脂肪胺、18 30重量份的脂環(huán)胺、10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚，并在溫度為 10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入0. 5 5重量份的碳納米管和5 10重量份的偶聯(lián)劑，并在溫度為10°c 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物；所述的碳納米管的管徑0. 5nm lOOnm，長(zhǎng)度為1 μ m 50 μ m ；所述偶聯(lián)劑是指含有環(huán)氧基官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，如Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和/或Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在60 80°C下處理30 120分鐘，制得碳納米管分散的溶液；(C)采用乙醇或者丙酮對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在60 100°C下進(jìn)行干燥90 120分鐘，制得功能化碳納米管；第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份第三步制得的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇，并在溫度為
610°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液；第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入25 45重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液。實(shí)施例1本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取80重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、10重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、5重量份的1，4_ 丁二醇二縮水甘油醚和5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為22°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取68重量份的脂肪胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為T403的脂肪胺)、20重量份的脂環(huán)胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為C-260的脂環(huán)胺)、10重量份的聚酰胺(采用華越粘膠化工有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為651的聚酰胺)、1重量份的2乙基-4甲基咪唑和1重量份的苯酚，并在溫度為22°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入5重量份的碳納米管和10重量份的偶聯(lián)劑， 并在溫度為22°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物；所述的碳納米管的管徑0. 5nm 2nm，長(zhǎng)度為5 μ m 15 μ m (采用深圳市納米港有限公司生產(chǎn)的單壁碳納米管)；所述偶聯(lián)劑是Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在80°C下處理60分鐘，制得碳納米管分散的溶液；(C)采用乙醇對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在90°C下進(jìn)行干燥90分鐘，制得功能化碳納米管；在本發(fā)明中，制得的功能化碳納米管的透射電鏡照片如圖1所示，圖中碳納米管直徑均勻，碳納米管之間纏結(jié)點(diǎn)少。在本發(fā)明中，制得的功能化碳納米管經(jīng)紅外光譜分析，碳納米管的管壁接枝有 Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)。第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取85重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、 5重量份第三步制得的功能化碳納米管和10重量份的苯甲醇，并在溫度為22°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液。第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為22°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入30重量份的固化劑和10重量份的匹配增強(qiáng)液。測(cè)量實(shí)施例1制得的碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的性能(一 )采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在25°C環(huán)境下測(cè)得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的粘度為 220mPa · s。( 二)將碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料在溫度為60°C環(huán)境下固化6小時(shí)，得到固化后澆鑄體；采用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量澆鑄體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為80°C ；采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量澆鑄體的拉伸模量為3. 5GPa、拉伸強(qiáng)度80MPa、斷裂伸長(zhǎng)率6. 5%、彎曲模量3. 3GPa、彎曲強(qiáng)度127MPa。在本發(fā)明中，匹配增強(qiáng)液中的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚和苯甲醇使碳納米管能夠穩(wěn)定、均勻地分散在環(huán)氧樹脂中，且不會(huì)因?yàn)樘技{米管的加入改變環(huán)氧樹脂的工藝性 (如粘度增大)。改性的碳納米管與環(huán)氧樹脂和纖維均有很好的相容性，能夠增大樹脂的耐熱性、強(qiáng)度和韌性，同時(shí)能夠增強(qiáng)樹脂與纖維的粘結(jié)強(qiáng)度，使得纖維的性能能夠充分轉(zhuǎn)化為復(fù)合材料性能。實(shí)施例2本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取95重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、2重量份的1， 4- 丁二醇二縮水甘油醚和3重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取44重量份的脂肪胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為T403的脂肪胺)、30重量份的脂環(huán)胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為C-260的脂環(huán)胺)、20重量份的聚酰胺(采用華越粘膠化工有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為651的聚酰胺)、5重量份的2乙基-4甲基咪唑和1重量份的苯酚，并在溫度為40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入1重量份的碳納米管和5重量份的偶聯(lián)劑，并在溫度為40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物； 所述的碳納米管的管徑50nm lOOnm，長(zhǎng)度為10 μ m 50 μ m (采用深圳市納米港有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為NTPtube-L的碳納米管)；所述偶聯(lián)劑是指一半的Y -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和另一半的 Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在60°C下處理120分鐘，制得碳納米管分散的溶液；(C)采用丙酮對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在80°C下進(jìn)行干燥100分鐘，制得功能化碳納米管；第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取75重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、 5重量份第三步制得的功能化碳納米管和20重量份的苯甲醇，并在溫度為40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液；第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入45重量份的固化劑和20重量份的匹配增強(qiáng)液。測(cè)量實(shí)施例2制得的碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的性能(一 )采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在25°C環(huán)境下測(cè)得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的粘度為 240mPa · s。( 二)將碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料在溫度為50°C環(huán)境下固化10小時(shí)，得到固化后澆鑄體；采用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量澆鑄體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為74°C ；采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量澆鑄體的拉伸模量為3. 35GPa、拉伸強(qiáng)度75MPa、斷裂伸長(zhǎng)率6. 0%、彎曲模量3. 21GPa、彎曲強(qiáng)度120MPa。實(shí)施例3本發(fā)明是一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取70重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、10重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、15重量份的1，4-丁二醇二縮水甘油醚和5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為30°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取55重量份的脂肪胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為T403的脂肪胺)、25重量份的脂環(huán)胺(采用BASF公司生產(chǎn)的型號(hào)為C-260的脂環(huán)胺)、12重量份的聚酰胺(采用華越粘膠化工有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為651的聚酰胺)、3重量份的2乙基-4甲基咪唑和5重量份的苯酚，并在溫度為30°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入3重量份的碳納米管和10重量份的偶聯(lián)劑， 并在溫度為30°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物；所述的碳納米管的管徑5nm lOnm，長(zhǎng)度為5 μ m 15 μ m(采用深圳市納米港有限公司生產(chǎn)的多壁碳納米管)；所述偶聯(lián)劑是指Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在65°C下處理90分鐘，制得碳納米管分散的溶液；
(C)采用乙醇對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在65°C下進(jìn)行干燥120分鐘，制得功能化碳納米管；第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取85重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、 10重量份第三步制得的功能化碳納米管和5重量份的苯甲醇，并在溫度為30°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液；第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為30°c的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入25重量份的固化劑和5重量份的匹配增強(qiáng)液。測(cè)量實(shí)施例3制得的碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的性能(一 )采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)在25°C環(huán)境下測(cè)得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的粘度為 200mPa · s。( 二)將碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料在溫度為60°C環(huán)境下固化6小時(shí)，得到固化后澆鑄體；采用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量澆鑄體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為71°C ；采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)量澆鑄體的拉伸模量為3. 15GPa、拉伸強(qiáng)度73MPa、斷裂伸長(zhǎng)率6. 0%、彎曲模量3. lOGPa、彎曲強(qiáng)度119MPa。本發(fā)明制得的環(huán)氧樹脂材料具有流動(dòng)與浸潤(rùn)性高、固化溫度低、耐熱性高，力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在大幅度提升葉片性能的同時(shí)，顯著提高了風(fēng)電葉片的生產(chǎn)效率、減少了能耗、延長(zhǎng)了模具的壽命，可以明顯降低葉片的制造成本，符合大型風(fēng)電葉片低成本高性能化的需求。本發(fā)明制得的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，為了兼顧兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片對(duì)真空灌注型環(huán)氧樹脂多方面的性能要求，將多種環(huán)氧樹脂和固化劑、促進(jìn)劑、稀釋劑等組分進(jìn)行合理的復(fù)配，同時(shí)采用了納米材料(如碳納米管)增強(qiáng)樹脂和樹脂與纖維的結(jié)合界面，通過(guò)提高樹脂和界面的性能，增強(qiáng)樹脂與纖維的匹配性， 更好地發(fā)揮纖維性能。
權(quán)利要求
1.一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，其特征在于該材料包括有樹脂主劑、固化劑和匹配增強(qiáng)液；100重量份的樹脂主劑中加入25 45 重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液；所述100重量份的樹脂主劑中包括有70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 15重量份的1，4- 丁二醇二縮水甘油醚和0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚；所述100重量份的固化劑中包括有40 70重量份的脂肪胺、18 30重量份的脂環(huán)胺、10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚；所述100重量份的匹配增強(qiáng)液中包括有70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料，其特征在于功能化碳納米管的管壁接枝有硅烷偶聯(lián)劑。
3.一種制備權(quán)利要求1所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的方法，其特征在于包括有下列步驟第一步制樹脂主劑按照配制100重量份的樹脂主劑稱取70 99重量份的雙酚A環(huán)氧樹脂、0 10重量份的雙酚F環(huán)氧樹脂、0. 5 15重量份的1，4- 丁二醇二縮水甘油醚和0. 5 5重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚，并在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得樹脂主劑；第二步制固化劑按照配制100重量份的固化劑稱取40 70重量份的脂肪胺、18 30重量份的脂環(huán)胺、 10 20重量份的聚酰胺、1 5重量份的咪唑和1 5重量份的苯酚，并在溫度為10°c 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得固化劑；第三步制功能化碳納米管(A)在100重量份的去離子水中加入0.5 5重量份的碳納米管和5 10重量份的偶聯(lián)劑，并在溫度為10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得混合物；所述的碳納米管的管徑0. 5nm lOOnm，長(zhǎng)度為1 μ m 50 μ m ；所述偶聯(lián)劑是指含有環(huán)氧基官能團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑，如Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和/或Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)；(B)將盛有混合物的容器放入超聲波破碎儀中，在60 80°C下處理30 120分鐘，制得碳納米管分散的溶液；(C)采用乙醇或者丙酮對(duì)分散后的碳納米管進(jìn)行清洗，然后對(duì)清洗后的碳納米管在 60 100°C下進(jìn)行干燥90 120分鐘，制得功能化碳納米管；第四步制匹配增強(qiáng)液按照配制100重量份的匹配增強(qiáng)液稱取70 90重量份的三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、1 10重量份第三步制得的功能化碳納米管和5 20重量份的苯甲醇，并在溫度為 10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得匹配增強(qiáng)液；第五步制碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料將第一步制得的樹脂主劑、第二步制得的固化劑和第四步制得的匹配增強(qiáng)液在溫度為 10°C 40°C的條件下進(jìn)行攪拌均勻制得碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料；用量100重量份的樹脂主劑中加入25 45重量份的固化劑和5 20重量份的匹配增強(qiáng)液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，其特征在于功能化碳納米管的管壁接枝有硅烷偶聯(lián)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，其特征在于制得的碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的粘度為200 240mPa · s。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料的制備方法，其特征在于將碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料在溫度為50 60°C環(huán)境下固化6 10小時(shí)，得到固化后澆鑄體；測(cè)量澆鑄體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為70 85°C、拉伸模量為3. 1 3. 5GPa、拉伸強(qiáng)度70 80MPa、斷裂伸長(zhǎng)率6. 0 6. 5%、彎曲模量3. 1 3. 5GPa、彎曲強(qiáng)度 115 130MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片的真空灌注型碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂材料及其制備方法，該材料包括有樹脂主劑、固化劑和匹配增強(qiáng)液，100重量份的樹脂主劑中加入25～45重量份的固化劑和5～20重量份的匹配增強(qiáng)液。樹脂主劑包括有雙酚A環(huán)氧樹脂、雙酚F環(huán)氧樹脂和活性稀釋劑；固化劑包括有脂肪胺、脂環(huán)胺、聚酰胺、咪唑和苯酚；匹配增強(qiáng)液由浸潤(rùn)改性劑與功能化碳納米管組成。本發(fā)明為風(fēng)力發(fā)電葉片配套用的真空灌注環(huán)氧樹脂體系材料，與葉片用的各類纖維增強(qiáng)體有良好的匹配性，能充分發(fā)揮纖維性能且工藝成本低，滿足兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)葉片配套用環(huán)氧樹脂在工藝性、耐熱性以及力學(xué)性能等方面的應(yīng)用要求。
文檔編號(hào)C08K3/04GK102408678SQ20111021871
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者張佐光, 李敏, 王章安, 顧軼卓 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 達(dá)森(天津)材料科技有限公司