一.背景

幾年來,我國(guó)的風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅猛.據(jù)相關(guān)資料顯示,2009年新裝機(jī)容量達(dá)13803.2MW,可謂風(fēng)頭正勁.而作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一的復(fù)合材料轉(zhuǎn)子葉片，其生產(chǎn)制造過程進(jìn)行合模工藝粘接都無一例外不用到結(jié)構(gòu)膠粘劑;隨著2MW、3MW技術(shù)機(jī)型的產(chǎn)能主流化,風(fēng)輪葉片也表現(xiàn)出越來越長(zhǎng)的迅增勢(shì)頭,主流尺寸已達(dá)40m以上.這就對(duì)合模粘接的結(jié)構(gòu)膠粘劑提出了更高更強(qiáng)的技術(shù)要求.

長(zhǎng)期以來,環(huán)氧樹脂膠粘劑由于對(duì)復(fù)合材料表面具有良好的粘接性能,樹脂和固化劑之間豐富的設(shè)計(jì)配合可能性,可以實(shí)現(xiàn)無溶劑無揮發(fā)份的固化,一直以來是結(jié)構(gòu)膠粘劑的主要類型;因此,結(jié)合風(fēng)電行業(yè)需求,深化環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑研制與制造技術(shù)無疑具有久遠(yuǎn)的市場(chǎng)意義。禾川化學(xué)專業(yè)從事葉片膠配方分析、成分分析、配方檢測(cè)、成分檢測(cè)；禾川化學(xué)是膠黏劑企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)革新的風(fēng)向標(biāo)；禾川化學(xué)成功開發(fā)出新型風(fēng)能葉片用膠配方技術(shù)；該葉片膠廣泛應(yīng)用于風(fēng)電行業(yè).

二.風(fēng)能葉片用膠

風(fēng)能葉片膠一般有環(huán)氧體系外，還有丙烯酸、聚氨酯體系等。

2.1環(huán)氧體系葉片膠

環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠主要由主體樹脂、固化劑、增韌體系、促進(jìn)劑等組成.這些組分相互配合,實(shí)現(xiàn)三維交聯(lián)、有效催化和高效增韌,可以設(shè)計(jì)出高性能的膠粘劑，眾所周知,環(huán)氧樹脂固化物與生俱來的脆性特點(diǎn),增韌從來都是環(huán)氧樹脂膠粘劑永恒的話題.也就是說,增韌技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也代表了環(huán)氧膠粘劑技術(shù)的發(fā)展.另外,相比較而言,環(huán)氧樹脂膠粘劑與作為復(fù)合材料的基體相比,沒有纖維的增強(qiáng)，所以膠粘劑主體的韌性和抗沖擊性能的要求更高.下面就比較重要的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠增韌體系作一個(gè)介紹.

2.1.1葉片膠增韌體系

1)橡膠(Rubber)

橡膠是環(huán)氧樹脂的一種優(yōu)良的低應(yīng)力改性劑，但與環(huán)氧樹脂的溶解度參數(shù)相差很大，難以達(dá)到100％分散。早期的做法是將橡膠磨成粉末加入到環(huán)氧樹脂中，已期達(dá)到增韌的效果,為了克服這一缺點(diǎn),一般通過其活性端基(如羧基、羥基、胺基、異氰酸酯基等)與環(huán)氧樹脂中的活性基團(tuán)(如環(huán)氧基、仲羥基等)反應(yīng)形成嵌段，從而達(dá)到增韌的目的.活性端基液體橡膠包括聚硫、聚氯酯、硅橡膠、聚二烯烴橡膠或其共聚物等,其分子鏈兩端分別帶有各種不同官能團(tuán).由于它是一種非定型的液體預(yù)聚物,故在固化劑的作用下,聚合物分子會(huì)發(fā)生主鏈增長(zhǎng)和交聯(lián),形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),賦予材料較高橡膠彈性.目前,環(huán)氧樹脂的增韌大多采用活性端基橡膠如液體端羧基丁腈橡膠(CTBN）、液體端羥基丁腈橡膠(HTBN)和液體端氨基丁腈橡膠,其中液體端羧基丁腈橡膠(CTBN)較為常用.這種增韌方法是在固化過程中,形成精細(xì)分散相來提高韌性,固化后橡膠和環(huán)氧樹脂形成相分離以達(dá)到增韌效果.然而由于其體系引入了橡膠,膠粘劑生產(chǎn)過程本身難以保證充分有效分散,體系會(huì)表現(xiàn)出增韌不均現(xiàn)象.為了解決這一問題,目前成熟的方案是將環(huán)氧樹脂和液體端羧基丁腈橡膠(CTBN)進(jìn)行預(yù)反應(yīng)得到均一的相，能夠很好地解決分散不均的問題.

2)丙烯酸酯(Acrylate)

丙烯酸樹脂本身具有優(yōu)異的戶外耐久性、耐化學(xué)性和物理機(jī)械性能,通過與其他單體、樹脂共聚和改性,可以變化材料的各方面性能。環(huán)氧改性丙烯酸樹脂是在環(huán)氧樹脂分子鏈的兩端引人丙烯基不飽和雙鍵，然后與其他單體共聚，這樣，就使得丙烯酸樹脂的各種優(yōu)良性能(豐滿度、附著力等)在環(huán)氧樹脂中得到充分發(fā)揮.此類技術(shù)通稱為第二代增韌技術(shù).其膠粘劑主劑通常以甲基丙烯酸甲醋、丙烯酸、丙烯酸辛醋、丙烯酸異丁酯等單體,過氧化苯甲酞為引發(fā)劑，E-51或E-44環(huán)氧樹脂為改性劑,經(jīng)聚合得到環(huán)氧改性丙烯酸樹脂,固化劑部分以胺類固化劑為主并輔以自由基引發(fā)劑，固化反應(yīng)過程中引發(fā)劑被胺與環(huán)氧環(huán)聚合反應(yīng).熱所引發(fā)，引發(fā)鏈聚合反應(yīng),稱之為復(fù)合固化.此類技術(shù)改性的環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑具有性能可調(diào)、對(duì)被粘接面預(yù)處理要求寬松、粘接適用范圍較廣等特點(diǎn)，綜合了丁腈橡膠改性環(huán)氧技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),在增韌的同時(shí),可以不降低材料的模量,并考慮了高低溫度對(duì)環(huán)氧丙烯酸酯膠粘劑性能的影響與適應(yīng)性能，因而能表現(xiàn)出高強(qiáng)高韌之外優(yōu)異的高.但相比起它帶來的容易施工優(yōu)點(diǎn),這一犧牲顯的尤為值得.近年來,有資料顯示，國(guó)內(nèi)幾家研究機(jī)構(gòu)在這方面做了些基礎(chǔ)工作,并取得了有效進(jìn)展.相信隨著風(fēng)輪葉片行業(yè)和蓬勃發(fā)展,此類改性環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠粘劑勢(shì)必會(huì)得到廣泛的推廣和使用.

3)聚氨酯(Polyurethane)

聚氨酯是一類性能優(yōu)良的高分子材料,其分子中有柔性鏈,彈性、耐低溫性能和耐溶劑性好,并且其本身就有很好的粘接性,可以制成性能優(yōu)良的膠粘劑.異氰酸酯與常規(guī)環(huán)氧樹脂E-51或E-44先期制得聚氨酯預(yù)聚體,達(dá)成兩端以環(huán)氧官能團(tuán)封端.這樣,使聚氨酯的高彈性與環(huán)氧樹脂的高粘接性互補(bǔ)強(qiáng)化,增加環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠的韌性,能顯著提高膠粘劑的沖擊強(qiáng)度和耐低溫性能.是目前較成功也較成熟的一種改性環(huán)氧技術(shù).然而此種技術(shù)是以犧牲模量的前提下獲得高增韌性能的,在風(fēng)輪葉片行業(yè),不能有效滿足風(fēng)輪葉片高強(qiáng)高模的技術(shù)要求,也難有用武之地,各方面資料顯示,目前市場(chǎng)上還未見大規(guī)模應(yīng)用.

4)其它環(huán)氧增韌技術(shù)

近年來,用樹枝狀超支化聚合物增韌環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯核殼型丙烯酸酯增韌、納米材料增韌、液晶增韌等技術(shù)在結(jié)構(gòu)膠粘劑工業(yè)化生產(chǎn)中也得到了實(shí)際應(yīng)用.但此類技術(shù)的結(jié)構(gòu)膠粘劑,由于固化溫度或增韌程度或其它條件的限制,對(duì)于風(fēng)輪葉片的合模結(jié)構(gòu)粘接來講,目前還未看到有價(jià)值的應(yīng)用.

2.2葉片膠檢測(cè)指標(biāo)

1)固化前特性

1.比重(Density)參照標(biāo)準(zhǔn):DINENISO1675

2.粘度(Viscosity)參照標(biāo)準(zhǔn):DIN53019

3.可使用時(shí)間(PotLife)（對(duì)于雙組份膠粘劑）參照標(biāo)準(zhǔn):DIN16945，Section6.3;4-6試驗(yàn)需要測(cè)試不同條件下的數(shù)據(jù)

測(cè)試環(huán)境：

a.固化后,23°C/50%/24±1hrs；

b.固化后,23°C/DistilledWater/1000±12hrs；

膠層厚度：I.0.5mm；Ⅱ.3mm；

4.拉伸剪切強(qiáng)度(TensileLap-ShearStrength)參照標(biāo)準(zhǔn):DINEN1465,六個(gè)樣,FRP,主要是指單搭接,要求測(cè)試50°C條件下的數(shù)據(jù),要求泡水1000小時(shí)后數(shù)據(jù)不小于12MPa；

5.剝離強(qiáng)度(PeelingResistance)參照標(biāo)準(zhǔn):ISO11339,六個(gè)樣,鋁材,要求泡水1000小時(shí)后數(shù)據(jù)不小于2N/mm；

6.熱變形溫度(DimensionalStabilityUnderHeat)參照標(biāo)準(zhǔn):DINENISO75-2,MethodA,六個(gè)樣,要求泡水1000小時(shí)后數(shù)據(jù)不小于65°C；

7.靜載蠕變?cè)囼?yàn)(Long-DurationShearTensionTest)參照標(biāo)準(zhǔn):DINEN1465標(biāo)準(zhǔn),InAStandardClimate23°C/50%RlativeHumidityAt60%OfTheMeanTensileLap-ShearStrengthFor192±2Hours,六個(gè)樣,FRP對(duì)于膠層厚度0.5mm的試件;要求蠕變應(yīng)變小于0.18mm,對(duì)于膠層厚度3mm的試件;要求蠕變應(yīng)變小于1mm；