劉強：BYK-C 8001助力風電輕量化和成本節(jié)約

 

劉強：各位專家、各位代表，大家下午好，我是來自畢克助劑上海有限公司的技術服務經理劉強，今天帶來的是畢克助劑專門為風電復合材料開發(fā)的偶聯(lián)劑產品。

畢克助劑是在1873年由創(chuàng)始人在柏林成立化學品公司，已經有149年歷史，這個過程經歷了比較大的變動，特別是2010年，畢克助劑大股東百分之百收購了我們的股份，在2019年畢克助劑在中國上海成立了亞太區(qū)的總部。畢克助劑目前在中國的銅陵和上海各有一個生產基地。

復合材料中的原材料大家比較熟悉是樹脂和纖維，對于助劑概念比較陌生，其實畢克助劑產品在復合材料有非常廣泛的應用。助劑表面是活性物質，特點是非常小的添加量但能同時獲得非常高性能的提升，在復合材料表現(xiàn)是通過使用BYK助劑提升表面質量，簡化生產工藝，提升力學性能。通過視頻簡單地闡述了助劑添加量但效果特別明顯的特點。

復合材料是界面化學的材料，最終力學性能是取決于樹脂和纖維之間的結合，樹脂和纖維之間的結合如果非常優(yōu)秀的話能最終獲得非常高階性能的復合材料，如果界面結合有問題的話最終會影響到復合材料的力學性能。

關于風電使用的復合材料需要在滿足基本靜態(tài)性能的情況下大幅度提高其動態(tài)性能。同時對原材料還要滿足相關測試認證及原材料要符合風電生產和工藝性要求。風電方面，朝著輕量化和成本節(jié)約兩個方向走。因此，基于該理念BYK設計了專門用于環(huán)氧+玻纖的偶聯(lián)劑產品，BYK—C8001。

（PPT圖示）這是結構示意圖，左邊能夠和樹脂體系進行化學結合的關聯(lián)團。右端能和玻璃纖維產生化學反應團。中間是能和樹脂體系產生非常好的相容性。因此，偶聯(lián)劑產品8001非常適合環(huán)氧+玻纖復合材料的體系，能夠實現(xiàn)的目的或者能達到的效果是能提升最終環(huán)氧+玻纖復合材料的靜態(tài)和動態(tài)疲勞性。唯一小的遺憾是，現(xiàn)在8001的偶聯(lián)劑目前只能用于環(huán)氧+氨固化的體系，我們在努力開發(fā)，希望在后面推出和酸酐體系的偶聯(lián)劑產品。

復合材料其實是界面化學的材料，如果是樹脂和纖維之間的結合不好的話，做完破壞性實驗后會發(fā)現(xiàn)，纖維表面沒有樹脂包覆，會影響力學性能。如果使用新開發(fā)的偶聯(lián)劑的話，樹脂對纖維有非常好的包覆的效果，甚至破壞之后依然有很多樹脂包覆到纖維上。偶聯(lián)劑從微觀效果是實現(xiàn)了樹脂和纖維之間的交聯(lián)密度及提高了樹脂和纖維之間交聯(lián)強度，從而提高了最終復合材料的力學性能。

（PPT圖示）8001對于復合材料靜態(tài)的性能提升的測試結果。選擇了六組不同的環(huán)氧樹脂的體系測試橫向拉伸強度，通過橫向拉伸強度可以直觀地了解到樹脂和纖維之間結合的性能。在6個樹脂的復合材料的測試中能夠看到，在添加了偶聯(lián)劑之后最低大概將復合材料地橫向拉伸強度提升38%，最高提高50%。同時，在實驗的測試過程中也發(fā)現(xiàn)了，使用偶聯(lián)劑之后，能夠獲得一個非常平滑的測試的曲線。左邊不加偶聯(lián)劑的情況，復合材料斷裂或者達到力學性能極限的時候，上面會有很多鋸齒狀的微裂紋的情況，所以偶聯(lián)劑產品能大幅度減少復合材料缺陷的產生，從而將復合材料達到最高的力學性能的情況。

老化纖維在葉片生產過程中經常遇到的問題，由于生產訂單或者其他方面是不可避免的，我們做了兩方面的測試的對比。一種是選擇自然老化的纖維，選擇了六年的自然老化的纖維，在同樣的型號下，新纖維和老纖維橫向拉伸強度的差異，老化兩流動年的纖維做成復合材料后下降60%，如果用老化纖維搭配8001偶聯(lián)劑的話，可以將老化纖維橫向拉伸程度提高40%，基本達到先纖維同樣的效果。

另外一個測試是在實驗室做了人工加速的纖維老化的測試，有四組測試的數據，兩組淡藍色是不加偶聯(lián)劑，深藍色是加偶聯(lián)劑。纖維老化是在40度進行一周老化，不加偶聯(lián)劑的情況下，纖維老化后復合材料橫向拉伸強度下降40%，這非常明顯。但在體系里使用偶聯(lián)劑之后，除了能夠提升新鮮纖維的靜態(tài)力學性能之外，同時對老化的纖維一樣保持非常高的力學性能，基本上達到和新鮮纖維一樣的力學性能的效果。

對于大家比較關心的靜態(tài)層間剪切，8001提升了10%。

除了實驗室的測試，還和國內廠家做了配套性的測試，拿國內目前兩款不同的高模量的纖維做了對比，對于其中一組測橫向拉伸程度，當體系中添加1%的偶聯(lián)劑時，橫向拉伸強度能提升10%，這非常可觀，對于高模量的纖維有時候將力學性能提升5%已經非常了不起了。對于另外一種高模量的纖維能測下來，橫向拉伸強度的提升大概6%，也非常可觀。

關于偶聯(lián)劑對于風電復合材料的動態(tài)疲勞性能的提升情況。我們選擇了拉拉疲勞，材料斷裂失效時看循環(huán)次數大概提升多少次，載荷選了三組不同的載荷，分別是55%、65%、75%。在低載荷的情況下，循環(huán)次數和空白+偶聯(lián)劑的情況下，最早提升到5倍。在高載荷75的情況下，將動態(tài)疲勞循環(huán)次數提升25%到44%，非常可觀。同時，偶聯(lián)劑產品對葉片生產和設計過程中的另外一個幫助是，能夠穩(wěn)定P4和P4之間符合力學材料的波動，從理論上可以將復合材料設計的余量放窄一些，不需要放這么寬。窄了之后，從復合材料的減重和成本節(jié)約有很大的幫助。

關于減重，使用偶聯(lián)劑提升了力學性能，對于減重及成本節(jié)約有多大的幫助？對于減重，BYK沒有條件做真實的葉片，但好在目前科技已經很發(fā)達了，BYK的母公司在德國和ADC老牌的空氣動力學的設計公司進行了合作，他們在葉片的設計上有非常多的經驗。我們通過分析、計算機模擬拿了真實的葉片的數據進行模擬橫向拉伸強度提升的情況下對葉片的減重和成本有多大的幫助。按照實際的葉片參數來進行，這些是葉片主要參數及塔筒等做了考慮，纖維含量按照體積含量50%做，M值是按照10%來做了計算。結論是橫向拉伸強度對葉片殼體減重有幫助，達到成本和重量的節(jié)約。

（PPT圖示）這是實測的相關的數據，能夠看到對于葉片的殼體的減重，橫向拉伸程度增加10%的時候，單個葉片減重93公斤，如果偶聯(lián)劑能夠將橫向拉伸強度提升30%的話，最終單一葉片達到2.4噸。如果按照百分比來算，意味著橫向拉伸強度每提高1%，殼體基本上能獲得79.3公斤的減重。當然殼體的減重可能意味著在其他部位做出一些補償，特別是主梁，在歐洲拉擠的大梁情況可能不像中國普及除了維斯塔斯，他們使用真空灌注，所以模擬基本上按照真空灌注的工藝來看，如果是葉片殼體減重后，灌注的主梁的重量有略微的上升，但總體的質量在下降。

當葉片的重量減重之后還會帶來其他的優(yōu)勢，葉片的重量一旦減輕后，機艙帽的重量也不需要這么高。同時，除了對非復合材料之外，金屬軸一樣可以實現(xiàn)減重，因為葉片的重量減重后，金屬軸不需要這么粗，最高重量減少1.9噸。因此，總體看一整套的葉片體系，最終能實現(xiàn)的減重大概在10噸樣子。

對于成本節(jié)約有多少？如果按照歐洲的情況，最終風電系統(tǒng)的整套節(jié)約大概9300歐元，該成本對于橫向拉伸每提升1%，成本會節(jié)約3000歐元，完全抵消使用偶聯(lián)劑產生的成本上的上升。

偶聯(lián)劑已經通過了DNV GL的證書認證，在現(xiàn)有體系中可以直接使用。

總結，偶聯(lián)劑適用于環(huán)氧+玻纖體系，有效幫助風電復合材料提升橫向拉伸強度，從而實現(xiàn)減重和降本的效果。時間有限，如果大家需要對BYK產品有更多了解可以關注我們的公眾號，獲得更多產品的信息。謝謝大家！以上是我報告的全部內容。