DQ200及E230系列環氧樹脂體系的灌注工藝性能測試及對比

鄧樹斌，黃有慧

(東方電氣(天津)風電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

風電葉片設計可使用壽命為 20年，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[1]。風場環境復雜，環氧樹脂的抗老化能力對于風電葉片產品長期穩定運行至關重要。

目前國內大型風電葉片所用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、惠利和東汽樹脂等國內企業。東汽樹脂的E230和DQ200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[2]。東汽樹脂的 E230和DQ200系列樹脂都是具有代表性的產品，通過真空灌注工藝方法制作的樣片[3]。本文對比測試了 E230和 DQ200環氧樹脂的工藝性能，如灌注速度、過程放熱、放熱時間等。

1 試驗部分

1.1 原材料及設備

1.1.1 設備及工具

風力發電葉片模具葉根端；灌注樹脂用常規真空泵；測溫槍；熱電偶；常規計時器；常規電子秤。

1.1.2 原材料

玻璃纖維三軸向織物[EKT，單位面積質量為0°(496g/m2)，±45°(250g/m2)]；東汽樹脂體系 E230和 DQ200(100∶30)。

1.1.3 樣片的制作

本次試驗樣片全部按照 1.27m 寬度，累計鋪層厚度100～105mm，關注難度高于普通1.5MW風力發電葉片葉根難度。

試樣制取工藝參數：真空灌注，環境溫度為 18～20℃，自然固化后再進行加熱后固化，80℃/4h。

1.2 試驗

將灌注樹脂加熱至 30℃，在模具內分別進行葉根纖維鋪層樣片灌注試驗，記錄樹脂的灌注速度、灌注過程中和后固化過程中葉根內溫度變化曲線，并檢查葉根灌注結果。

2 結果與討論

2.1 灌注速度

灌注速度可以從2個方面進行比較：①整個試驗的灌注時間，灌注所需時間越短則該樹脂的灌注速度越快；②樹脂打膠時間及重量，這里假設每次打膠時前一次的樹脂已完全消耗(表1)。

表1 DQ200與E230體系工藝性能對比Tab.1 Comparison of process performance between DQ200 and E230 systems

從圖 1可以看出，E230體系在前 150min內的灌注速度明顯高于 DQ200體系，這主要是其黏度較小的緣故。

圖1 樹脂使用量與灌注時間的關系曲線Fig.1 Relationship between resin usage and injection time

2.2 灌注放熱

灌注過程中葉根內部放熱情況是考察樹脂工藝性能的重要指標。若放熱過于劇烈，則可能出現破壞泡沫等材料，產品發黑，甚至損壞葉片的情況。

從圖2可以看出：①葉根中部的放熱比葉根底部放熱劇烈；②E230體系的放熱峰時間比DQ200體系短，這主要是由于其初始溫度較高造成的；③E230體系的放熱溫度比 DQ200體系低，說明 E230體系在相同條件下比 DQ200體系擁有更低的放熱峰溫度，這是由樹脂配方差距造成的；④在灌注過程中，葉根內部的最高溫度為100～120℃。

總的來說，通過本次試驗可以得出：①E230體系的灌注放熱比 DQ200低；②2種灌注體系灌注過程中的最高放熱溫度均不超過120℃。

圖2 灌注過程中葉片內部溫度變化Fig.2 Change in internal temperature of blade during injection

2.3 后固化放熱

通過樣件內部埋入的熱電偶測定溫度，就 E230和 DQ200后固化過程中放熱溫度進行對比，溫度曲線如圖3所示。

圖3 后固化過程葉根內部溫度變化情況Fig.3 Change in internal temperature of blade root during post-curing

從圖 3可以看出，在模具溫度升高 20℃的情況下，樹脂放熱峰溫度升高 5～10℃，最高放熱峰溫度約為 65℃?？梢钥吹皆谙嗤瑮l件下，E230體系的后固化放熱比 DQ200體系略低，后固化放熱時間比DQ200體系更晚，這說明E230在后固化過程中放熱更平穩。

3 結 論

①在可接受的放熱溫度條件下，樹脂初始灌注溫度越高，其灌注速度越快。但灌注溫度的升高，對灌注工藝的要求也顯著提高。②E230體系的灌注放熱溫度比 DQ200低，2種灌注體系灌注過程中的最高放熱均不超過120℃。③DQ200和E230體系樹脂均滿足工藝要求。④在相同條件下，E230體系的后固化放熱比 DQ200體系略低，后固化放熱時間比 DQ200體系更晚。這證明E230體系后固化過程中放熱更加平穩。