第四屆中國(guó)國(guó)際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇（CWPC2018）于2018年3月30日上午在江蘇省阜寧縣天鵝湖大酒店隆重召開(kāi)，來(lái)自海內(nèi)外的200多個(gè)企業(yè)、600多余位風(fēng)電行業(yè)、復(fù)材行業(yè)的精英參加了本屆盛會(huì)。上午的開(kāi)幕式結(jié)束之后，高峰論壇分別設(shè)置了新材料、新技術(shù)專(zhuān)場(chǎng)，設(shè)計(jì)運(yùn)維優(yōu)化專(zhuān)場(chǎng)，新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)專(zhuān)場(chǎng)，技術(shù)工藝創(chuàng)新專(zhuān)場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)話專(zhuān)場(chǎng)等多個(gè)專(zhuān)場(chǎng)，將呈現(xiàn)大量精彩內(nèi)容。
四川東樹(shù)新材料有限公司技術(shù)質(zhì)量部副部長(zhǎng)周百能在新材料、新技術(shù)專(zhuān)場(chǎng)做了題為《大型海上風(fēng)電葉片用環(huán)氧樹(shù)脂研究》的演講。以下為演講內(nèi)容實(shí)錄：
四川東樹(shù)新材料有限公司技術(shù)質(zhì)量部副部長(zhǎng)周百能
一、公司簡(jiǎn)介
我公司隸屬于東方電氣集團(tuán)公司DEC，DEC總部在成都，是世界上最大的發(fā)電設(shè)備制造商之一。DEC的產(chǎn)品涵蓋了水電、火電、核能、風(fēng)電、燃機(jī)、太陽(yáng)能發(fā)電等等。（PPT圖示）這是DEC的重要證書(shū)。DEC是一個(gè)全球化的公司，它在超過(guò)30個(gè)國(guó)家擁有超過(guò)80項(xiàng)業(yè)務(wù)。
我們的母公司汽輪機(jī)有限公司DTC，DTC是東方電氣集團(tuán)公司DEC的關(guān)鍵成員之一，DEC的關(guān)鍵成員主要是包括了東方汽輪機(jī)、東方電機(jī)、東方鍋爐、東方風(fēng)電等等，我們業(yè)務(wù)屬于東方汽輪機(jī)。DTC也是一家國(guó)有高新技術(shù)骨干企業(yè)，致力于大型發(fā)電設(shè)備的研究、設(shè)計(jì)和制造。
四川東樹(shù)新材料有限公司是東方汽輪機(jī)有限公司DTC的全資子公司，是集團(tuán)公司內(nèi)一家專(zhuān)注于聚合物和復(fù)合材料研發(fā)和制造單位。
目前公司在職員工98人，包括兩名博士，15名碩士以及50多名本科生，三十多名人員從事科研工作，10名質(zhì)量經(jīng)理和4名質(zhì)量審計(jì)員。
我們公司裝備了2個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、1個(gè)色譜實(shí)驗(yàn)室、1個(gè)熱分析實(shí)驗(yàn)室、1個(gè)光譜實(shí)驗(yàn)室等等，我們幾乎涵蓋了聚合物和復(fù)合材料分析測(cè)試的全部設(shè)備。得益于公司良好的設(shè)施設(shè)備可以開(kāi)展很多工作，比如說(shuō)可以研究分子結(jié)構(gòu)和材料性能的相互關(guān)系，可以進(jìn)行制樣方法的改進(jìn)，可以進(jìn)行材料應(yīng)用前的工藝實(shí)驗(yàn)等等。
公司的產(chǎn)品范圍主要包括風(fēng)電環(huán)氧樹(shù)脂系列、太陽(yáng)能電子漿料系列產(chǎn)品、風(fēng)電機(jī)艙罩和鑄造呋喃樹(shù)脂和涂料等產(chǎn)品。我們公司的環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)品主要有DQ200E的環(huán)氧樹(shù)脂、DQ230E低黏度環(huán)氧樹(shù)脂。DQ260E海上風(fēng)電葉片用環(huán)氧樹(shù)脂、DQ28E模具用環(huán)氧樹(shù)脂、DQ220E手糊環(huán)氧樹(shù)脂、E240E環(huán)氧膠粘膠劑。
二、海上風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展
?。≒PT圖示）這幾年我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)量的變化，我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)量的2015年達(dá)到了峰值，2016-2017年連續(xù)兩年回調(diào)，全球新增裝機(jī)量也受到了我國(guó)的影響。
與此相對(duì)應(yīng)的是海上風(fēng)電，海上風(fēng)電特別是我國(guó)增長(zhǎng)速度快，增長(zhǎng)速率達(dá)到了50%，海上風(fēng)電呈現(xiàn)了良好的發(fā)展勢(shì)頭。
海上風(fēng)電葉片有哪些特別呢？一是大尺寸，海上風(fēng)電的功率一般都要超過(guò)5MW，葉片尺寸一般超過(guò)60米，二是碳纖維的普通應(yīng)用。
海上風(fēng)電葉片對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂有哪些要求呢？一是低黏度，碳纖維單絲直徑小，更難浸潤(rùn)；二是可操作時(shí)間，葉片大型化要求環(huán)氧樹(shù)脂具有更長(zhǎng)可操作時(shí)間，三是強(qiáng)度，如果有更高的強(qiáng)度的樹(shù)脂，可以一定程度上幫助葉片加強(qiáng)環(huán)氧指數(shù)。
三、海上風(fēng)電環(huán)氧樹(shù)脂的性能
下面主要介紹一下我們公司的DQ260E環(huán)氧樹(shù)脂性能。很多公司都有這樣的產(chǎn)品，但很少有公司對(duì)它的材料結(jié)構(gòu)、黏度、浸潤(rùn)速度等進(jìn)行全方位的分析，我們公司做了這樣的公司，今天就把我們公司的研究結(jié)構(gòu)和大家分享。首先是材料結(jié)構(gòu)。一般的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹(shù)脂是通過(guò)環(huán)氧基團(tuán)和活化氫經(jīng)過(guò)1：1的組合，這種新的環(huán)氧樹(shù)脂體系一部分按照左邊的機(jī)理進(jìn)行固化，另一方面按照陰離子聚合進(jìn)行固化。
具體來(lái)說(shuō)它影響了氧基離子。這樣的結(jié)果是樹(shù)脂和固化劑之間的關(guān)系不能再用環(huán)氧基團(tuán)和活化氫1：1的比例了。（PPT圖示）這個(gè)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)氧樹(shù)脂體系有顯著的不同。結(jié)構(gòu)上的不同必然帶來(lái)性能上的變化。我們逐一看看性能上的變化。
一是黏度。新的DQ260E體系初始混合黏度低于標(biāo)準(zhǔn)體系，大概低10個(gè)百分點(diǎn)。二是黏度隨時(shí)間的增長(zhǎng)要慢于標(biāo)準(zhǔn)體系，如果黏度降到這個(gè)體系，一般45.3葉片灌注時(shí)間可以從220min降到200min。
二是接觸較和浸潤(rùn)速率。我們?cè)诮佑|角和浸潤(rùn)角分別滴了DQ260E，用高速的攝像頭進(jìn)行拍攝，可以發(fā)現(xiàn)DQ260E可以快速的對(duì)玻璃纖維進(jìn)行凈潤(rùn)。
三是可使用時(shí)間。DQ260E在低溫下的使用時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于標(biāo)準(zhǔn)體系，40度下可操作時(shí)間也比標(biāo)準(zhǔn)體系長(zhǎng)50%。這意味著新的環(huán)氧樹(shù)脂體系可以在提高溫度的條件下進(jìn)行灌注。我們知道提高溫度對(duì)黏度的影響非常顯著，如果能把溫度提高40度，樹(shù)脂的黏度會(huì)進(jìn)一步降低到100，可以想象對(duì)于灌注效率的提升是非常顯著的。這也是標(biāo)準(zhǔn)體系所無(wú)法達(dá)到的。
四是活化能。我們用固化動(dòng)力學(xué)的方式測(cè)試了活化能。DQ260E的活化能要明顯高于標(biāo)準(zhǔn)體系，這也可以解釋為什么在低溫DQ260E具有可非常長(zhǎng)的使用時(shí)間的原因了。
四是固化速率。高的活化能是不是意味著固化速度比較慢呢？我們用Tg的方法測(cè)試了，也就是在70度下固化，測(cè)試固化時(shí)間的變化。我們發(fā)現(xiàn)DQ260E環(huán)氧樹(shù)脂體系Tg更接近了基線體系。也就是說(shuō)DQ260E環(huán)氧樹(shù)脂具有很長(zhǎng)的使用時(shí)間。這一體系理論上可以幫助客戶(hù)節(jié)省時(shí)間。
五是放熱溫度。如果在30度下固化4小時(shí)，然后70度固化4小時(shí)，這時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)DQ260E的放熱溫度高于DQ200E。結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們可以通過(guò)固化速度強(qiáng)調(diào)固化強(qiáng)度。因?yàn)樗泻芎玫哪z黏密度。
我們比較了韌性，DQ260E體系韌性要略低于標(biāo)準(zhǔn)體系，這可能是因?yàn)槟z黏密度大，所以形成的密度大一些。但DQ260E斷裂伸張率超過(guò)了5%，是纖維的2倍，是滿(mǎn)足葉片生產(chǎn)的要求。
我們比較了玻璃纖維符合材料的性能。玻璃纖維的符合材料性能大概有3%-5%的提升，雖然提高不是很高，但對(duì)葉片減重和提升安全率有很高提升。我們也比較了碳纖維的性能，在0度主要是受纖維的影響，提升并不是很明顯。
我又表征了這個(gè)材料的疲勞性能，用的是高墨HUD1240表征DQ260E環(huán)氧樹(shù)脂的耐疲勞性能，靜態(tài)強(qiáng)度是1180Mpa，m值是1.12，滿(mǎn)足葉片生產(chǎn)要求。
四、總結(jié)
在這項(xiàng)工作中，我們比較了DQ260E環(huán)氧樹(shù)脂和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)構(gòu)上，DQ260E有部分自聚，更膠黏密度，在性能上，更低的粘度，更長(zhǎng)的操作時(shí)間，提升葉片生產(chǎn)效率，更好的GFRP和CFRP性能，可以葉片減重和提升安全系數(shù)。
（內(nèi)容來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)速記，未經(jīng)本人審核）
