科思創(chuàng)(上海)投資有限公司高級研發(fā)經(jīng)理吳迪
吳迪:各位尊敬的領導、嘉賓、朋友們,大家下午好!下面由我為大家介紹聚氨酯樹脂在風電葉片上的應用。我是來自于上海科思創(chuàng)投資有限公司的吳迪。
報告主要分為四個板塊做簡單介紹。
首先,我們公司整體歷史的狀況。科思創(chuàng)是從1937年創(chuàng)立,在2014年從拜耳材料科技獨立出來,作為聚氨酯的發(fā)明者,科思創(chuàng)對于聚氨酯有獨到的理解。歷史的積淀幫助我們在2013年開發(fā)了適用于風電葉片的聚氨酯樹脂,通過三年多的研發(fā)歷程,在2017年開始了葉片的工藝設計過程,近期推出了一部分的可循環(huán)的綠色產(chǎn)品,將二氧化碳的部分加入到材料中,對于可循環(huán)、可再生的部分做了很多研究和投入。科思創(chuàng)在歐洲和亞洲、美洲設立了50個生產(chǎn)基地,其中8個生產(chǎn)基地配備了超大型的工廠,有三個創(chuàng)新的研發(fā)中心。
目前科思創(chuàng)大概有1200名研發(fā)人員,通過建立三個的區(qū)域的研發(fā)中心,我們可以更好地了解本地客戶的需求,更好滿足本地客戶的需求定制一些本地化的解決方案。
第二部分,聚氨酯樹脂的優(yōu)勢。
聚氨酯的樹脂特點,首先有優(yōu)越的性能,包括出色的機械性能、優(yōu)異疲勞性能,黏度比環(huán)氧低,更快固化,更具有競爭力的綜合成本。作為葉片的基礎材料,我們基于不同的玻纖、芯材、膠黏劑做了大量匹配性測試,以環(huán)氧膠黏劑為例,測了聚氨酯基材和環(huán)氧樹脂的對比,聚氨酯不低于環(huán)氧產(chǎn)品和環(huán)氧膠黏劑的數(shù)據(jù)。基于現(xiàn)在的狀況,客戶基于設計的限制和使用的風險,現(xiàn)在很多客戶會選擇部分的部件采用聚氨酯制作,另外部件采用環(huán)氧的方式制作。我們同樣進行了聚氨酯樹脂和環(huán)氧樹脂的二此灌注粘接的測試。
(PPT圖示)從測試數(shù)據(jù)看,聚氨酯樹脂和聚氨酯基材最高,同樣做了很多類似于其他的測試,包括疲勞、靜態(tài)和動態(tài)的測試,測試數(shù)據(jù)都沒有問題。
(PPT圖示)這張PPT展示了聚氨酯樹脂的特性,黏度比較低,只有環(huán)氧樹脂1/4左右,在單位時間內流動的速度更快,浸潤的部分更多一些。這部分在葉片實際生產(chǎn)過程中得到了驗證。
聚氨酯另外一個特點是固化比較快,放熱比較低,聚氨酯樹脂總體放熱比環(huán)氧樹脂放熱略低一些,測試數(shù)據(jù)是基于40度、50度和60度的情況做測試,其實葉片生產(chǎn)過程中更多采用30度左右溫度,在更低溫度情況下放熱更不明顯。
針對聚氨酯樹脂反應比較快的特點,我們開發(fā)了在線灌注的工藝,樹脂通過設備直接灌注到模具中,可以最大程度地利用到樹脂的有效期。
(PPT圖示)右邊設備的圖片是我們設備部門配合聚氨酯樹脂做的開發(fā)。
第三部分,聚氨酯灌注樹脂的應用進展。主要從三個點來講,首先材料性能方面研究,除濕干燥工藝優(yōu)化,灌注工藝的優(yōu)化及樹脂推廣應用的情況。
(PPT圖示)業(yè)內很多朋友之前也看到過,發(fā)過新聞稿,環(huán)氧產(chǎn)品應用了很多年,對于該產(chǎn)品大家比較有信心,聚氨酯作為全新的樹脂從安全和保險角度來講有一些疑慮,我們也會做基礎研究驗證材料的可靠性。這部分是我們和DNV和ym做的基礎研究。在他們幫助下,科思創(chuàng)進行了嚴謹復雜的對比,對比了實驗和理論分析,經(jīng)過實驗結果和理論分析評估后,最終基于風電葉片的設計規(guī)范,科思創(chuàng)的數(shù)值可以將Ωm1的系數(shù)下調了8%,Ωm1的系數(shù)體現(xiàn)了風電葉片長期耐老化的指標,也是衡量葉片長期使用性能的指標,通過下調安全質檢系數(shù)后,葉片設計師可以充分利用聚氨酯的性能獲得更大的設計自由度,2021年底,我們也獲得了DNV給我們簽發(fā)的證書,這部分給科思創(chuàng)聚氨酯單獨下發(fā)了新的設計規(guī)范。
(PPT圖示)這部分做了基于聚氨酯的特性與水反應,在生產(chǎn)過程中需要增加除濕干燥的工具,在產(chǎn)品應用初期很多情況是為了保證安全和質量采用比較長的干燥除濕,甚至有降溫的時間,大大制約了產(chǎn)品的應用。在實驗室做一部分的研究,通過優(yōu)化除濕干燥的加熱工藝保證產(chǎn)品能得到更好的干燥。同時也能減少整體的干燥灌注時間,在完成了整體干燥后可以立即得到灌注。這樣可以有效地幫助客戶減少工藝的時間。
(PPT圖示)這部分是在實驗室做得聚氨酯樹脂主梁部件鋪陳模擬,我們根據(jù)其相關特點,通過一系列的參數(shù)建立樹脂模擬的模型,可以有效地模擬在不同灌注溫度和真空度下樹脂灌注時間和數(shù)值流動變化趨勢。這些數(shù)據(jù)可以幫助到我們客戶降低在其產(chǎn)品使用過程中的風險。
在過去一年聚氨酯取得了越來越多客戶的認可,九鼎老總介紹時也提到,他們做聚氨酯的樹脂。最早使用聚氨酯的樣機已經(jīng)安全運行了四年以上,在全國各地的客戶不同的風場情況都有掛機、裝機,能得到安全可靠的驗證。
通過客戶的合作驗證了聚氨酯樹脂不管是單獨做部件,還是做全聚氨酯的葉片,各種方案都可行。基于客戶不同的環(huán)境生產(chǎn)工廠,聚氨酯也可以得到很好的應用。隨著客戶對聚氨酯樹脂特性的了解,更多產(chǎn)品潛力也將得到體現(xiàn)。
第四部分,聚氨酯拉擠樹脂介紹。
聚氨酯樹脂應用于拉擠工藝,樹脂本身黏度比較低,聚氨酯樹脂在高溫的情況下反應更快一些。所以整體拉擠的速度更高,近年來在很多領域,包括應用于橋架等領域產(chǎn)品中都有應用。
科思創(chuàng)一直在推聚氨酯應用于風電的拉擠主梁板上。
(PPT圖示)這張圖表是關于各種不同拉擠因素對于最終產(chǎn)品成本的影響。黑色實線的部分,體現(xiàn)了拉擠速度對于成本的影響,比如拉擠速度提高到30%的時候,制品成本可以降低10%,如果原材料成本可以降低30%的話,制品可以降低15%,聚氨酯樹脂拉擠主梁板可以使聚氨酯主梁板的生產(chǎn)成本更低。
(PPT圖示)這里做了不同樹脂和拉擠速度對制品成本的影響分析,使用碳纖的時候,速度提高一倍的話,聚氨酯拉擠成本可以降低20%。
由于聚氨酯的黏度比較低,纖維浸潤性好,同時在高溫下反應更快,拉擠的速度更快,聚氨酯的拉擠樹脂可以賦予加工商更高生產(chǎn)效率,同時可以節(jié)約20%的生產(chǎn)成本。
以上是我本次匯報的所有內容,謝謝!
(文章內容來自于現(xiàn)場速記,未經(jīng)本人審核)