风力发电机叶片用的环氧树脂体系及其改性方法 技术领域：
本发明涉及环氧树脂体系及其改性方法，具体是一种风力发电机叶片用的环氧树脂体系及其改性方法，特别适合兆瓦级风力发电机叶片配套用的环氧树脂。
背景技术：
环氧树脂自问世以来，由于其优良的物理和化学性能，在工业生产中得到了广泛的应用，无论是在胶粘剂、涂料、复合材料基材、风力叶片树脂、甚至航空、太空材料等等，在诸多方面都拥有十分重要的地位。
复合材料的转子叶片是风力发电机组的关键部件之一，而转子叶片配套用环氧树脂是风机叶片制备的关键材料。目前我国风电发展已进入大型化、规模化发展阶段，仅2008年我国风电装机量新增630万KW，按1.5MW风机计算共需风机4000多台，需叶片约12000片，以每片叶片需要环氧树脂1.5吨计算，仅2008年就消耗环氧树脂至少1.8万吨，2009年风电装机容量预计继续翻番增长，叶片用环氧树脂的用量也翻番。按照这一速度，预计未来10年中国风力发电机叶片用环氧树脂的需求巨大。
为了增强国内风机叶片制造能力，快速推动国内风电事业前进的步伐，实现兆瓦级风机叶片配套用环氧树脂配方自主化和产品生产国产化迫在眉睫。
为此，如何能得到耐候性、耐冲击等优良性能以及环氧树脂体系能否满足叶片模具高耐热、高强度的性能要求等成为近年来许多树脂生产厂家一致研讨的重要课题，在公开出版物上也屡见有关报道，但未见有与本发明相同的报道。例如，中国专利文献公开的名称为“一种环氧树脂及其用途”(公开号：CN101186744A，公开日：2008.05.28)和“环氧树脂组合物，复合材料及其准备方法”(公开号：CN101418070A，公开日：2009.04.29)，此两篇专利文献虽然公开了环氧树脂体系的改性技术，但对风力发电机叶片配套用环氧树脂体系不具有针对性，不符合叶片真空灌注工艺对环氧树脂工艺性能的要求，树脂浇铸体及玻璃钢的机械性能也不能满足风力发电机叶片用环氧树脂的设计要求，尤其是兆瓦级风机叶片配套用环氧树脂的应用要求。
发明内容：
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供了一种风力发电机叶片用的环氧树脂体系及其改性方法。
本发明是采用这样的技术方案实现的：
一种风力发电机叶片用的环氧树脂体系，该环氧树脂体系包括树脂部分和固化剂部分，两部分分别制备。
所述树脂部分的原料配比按以下重量份计算：
双酚A环氧树脂 70～86
双酚F环氧树脂 0～20
稀释剂 8～20。
所述固化剂部分的原料配比按以下重量份计算：
脂肪胺 50～90
脂环胺 20～45
助剂 0.01～0.4。
所述双酚A环氧树脂为双酚A环氧树脂E-51或双酚A环氧树脂E-54。
所述双酚F环氧树脂为标准型环氧树脂。
所述稀释剂为二缩水甘油醚。
所述脂肪胺包括以下重量的组分：聚醚胺50～80份和二乙烯三胺0～10份。
所述脂环胺包括以下重量的组分：异佛尔酮二胺0～30份、二氨基二环己基甲烷0～35份；所述异佛尔酮二胺和二氨基二环己基甲烷的重量不能同时为零。
所述助剂为颜料。
上述风力发电机叶片用的环氧树脂体系的改性方法，包括树脂部分和固化剂部分，两部分分别改性，
所述树脂部分的改性包括以下步骤：
(1)准备反应釜；
(2)将双酚A环氧树脂加入反应釜中，升温至40～80℃并恒温；
(3)加入稀释剂，在40～80℃的温度下充分搅拌反应2～4小时。
所述固化剂部分的改性包括以下步骤：
①准备反应釜；
②将脂肪胺和脂环胺加入反应釜中，使反应釜温度保持在20～30℃；
③加入助剂，充分搅拌反应1～4小时。
在树脂部分的改性步骤(2)后可以加入双酚F环氧树脂再进入步骤(3)。
本发明的有益效果是：
采用上述配方和改性方法后，制得的环氧树脂能满足风力发电机叶片配套用环氧树脂体系的应用要求，既具有优良的耐候性、耐冲击性、高耐热、高强度的特点，又符合叶片真空灌注工艺对环氧树脂工艺性能的要求，树脂浇铸体及玻璃钢的机械性能满足风力发电机叶片用环氧树脂的设计要求，对风力发电机叶片配套用环氧树脂具有针对性，尤其是兆瓦级风机叶片配套用环氧树脂。
表一采用该配方的性能测试结果
测试项目 测试结果 测试项目 测试结果 拉伸强度/MPa 70 冲击强度/(KJ·m-2) ≥70 拉伸模量/GPa 3.1 固化收缩率/％ ≤2.5 断裂伸长率/％ 8～12 初始粘度/mPa·S 180～250 弯曲强度/MPa 105 凝胶时间/min ≥150
测试项目 测试结果 测试项目 测试结果 弯曲模量/GPa 3.3 反应放热温度/℃ ≤80 层间剪切强度/MPa 55 玻璃化转变温度/℃ ≥70 断裂韧性/(J·m-2) 150 吸水率(10天/23℃)/％ 0.35
注：测试条件：25℃；固化制度：室温/12h+70℃/7h。
具体实施方式：
本发明的环氧树脂体系包括树脂部分和固化剂部分，两部分分别配料制备，也分别改性。
实施例1：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-54-78，双酚F环氧树脂-10，1-6己二醇二缩水甘油醚-12。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-54加入反应釜中，升温至70℃并恒温；(3)加入双酚F环氧树脂；(4)加入稀释剂(1-6己二醇二缩水甘油醚)，在70℃的温度下充分搅拌反应3小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-72，二乙烯三胺-2，3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷-26，颜料-0.02。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230和二乙烯三胺)和脂环胺(3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在22℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应3小时，即可。
实施例2：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-51-70，双酚F环氧树脂-18，1-4丁二醇二缩水甘油醚-12。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-51加入反应釜中，升温至65℃并恒温；(3)加入双酚F环氧树脂；(4)加入稀释剂(1-4丁二醇二缩水甘油醚)，在65℃的温度下充分搅拌反应3.5小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-74，二乙烯三胺-1，异佛尔酮二胺-25，颜料-0.03。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230和二乙烯三胺)和脂环胺(异佛尔酮二胺)加入反应釜中，使反应釜温度保持在23℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应3小时，即可。
实施例3：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-54-82，1-4丁二醇二缩水甘油醚-18。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-54加入反应釜中，升温至60℃并恒温；(3)跳过本步骤，直接进入下一步骤；(4)加入稀释剂(1-4丁二醇二缩水甘油醚)，在60℃的温度下充分搅拌反应3.5小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-74，异佛尔酮二胺-26，颜料-0.03。
固化剂部分地具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(异佛尔酮二胺)加入反应釜中，使反应釜温度保持在25℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应2.5小时，即可。
实施例4：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-51-73，双酚F环氧树脂-12，1-6丁二醇二缩水甘油醚-15。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-51加入反应釜中，升温至45℃并恒温；(3)加入双酚F环氧树脂；(4)加入稀释剂(1-6己二醇二缩水甘油醚)，在45℃的温度下充分搅拌反应4小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-74，3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷-26，颜料-0.025。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在25℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应3小时，即可。
实施例5：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-51-82，1-4丁二醇二缩水甘油醚-18。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-51加入反应釜中，升温至50℃并恒温；(3)跳过本步骤，直接进入下一步骤；(4)加入稀释剂(1-4丁二醇二缩水甘油醚)，在50℃的温度下充分搅拌反应4小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-78，4，4′-二氨基二环己基甲烷-22，颜料-0.03。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在30℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应2小时，即可。
实施例6：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-54-85，1-4丁二醇二缩水甘油醚-15。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-54加入反应釜中，升温至60℃并恒温；(3)跳过本步骤，直接进入下一步骤；(4)加入稀释剂(1-4丁二醇二缩水甘油醚)，在60℃的温度下充分搅拌反应3小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-68，异佛尔酮二胺-22，4，4′-二氨基二环己基甲烷-10，颜料-0.03。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(异佛尔酮二胺和4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在28℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应2.5小时，即可。
实施例7：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-51-83，1-6丁二醇二缩水甘油醚-17。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-51加入反应釜中，升温至78℃并恒温；(3)跳过本步骤，直接进入下一步骤；(4)加入稀释剂(1-6己二醇二缩水甘油醚)，在78℃的温度下充分搅拌反应2.5小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-72，3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷-28，颜料-0.025。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(3，3′-二甲基4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在26℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应3小时，即可。
实施例8：
树脂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：双酚A环氧树脂E-54-84，1-6丁二醇二缩水甘油醚-16。
树脂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将双酚A环氧树脂E-54加入反应釜中，升温至72℃并恒温；(3)跳过本步骤，直接进入下一步骤；(4)加入稀释剂(1-6己二醇二缩水甘油醚)，在72℃的温度下充分搅拌反应3小时，即可。
固化剂部分的配比按以下重量计算(单位：份)准备原料：聚醚胺D230-75，4，4′-二氨基二环己基甲烷-25，颜料-0.025。
固化剂部分的具体改性步骤是：(1)准备反应釜；(2)将脂肪胺(聚醚胺D230)和脂环胺(4，4′-二氨基二环己基甲烷)加入反应釜中，使反应釜温度保持在25℃；(3)加入助剂(颜料)，充分搅拌反应3小时，即可。
本发明的树脂部分中最主要且用量最大的是双酚A环氧树脂，双酚A环氧树脂选用的是双酚A环氧树脂E-51或双酚A环氧树脂E-54，此种组分具有较强的机械强度，较高的粘结强度，低的固化收缩率。在树脂部分中可以加入双酚F环氧树脂，双酚F环氧树脂和双酚A环氧树脂的共混产生的效应，降低了混合环氧树脂的粘度，大大提高了环氧树脂的的工艺性能。同时在共混体系中，双酚F环氧树脂的低空间位阻和双酚A环氧树脂的异丙撑基因高空间位阻的复合，可使固化产物的交联密度提高，固化物本身的密度也能提高。这表现在宏观性能上，将会使共混环氧树脂固化物获得较好的力学性能和较低的吸水率。在树脂部分中加入包含双官能团的1-4丁二醇二缩水甘油醚或1-6己二醇二缩水甘油醚，这两种活性稀释剂主要作用在于：一方面是降低环氧树脂配方体系的粘度，改善工艺性能，另一方面是该组分的分子中含有较长的链段，使体系具有很好的断裂韧性，但稀释剂的加入对环氧树脂固化物的热变形温度、机械性能等有很明显的降低，所以稀释剂的加入量不宜过多，一般不超过整个体系的20％(重量比)。
本发明的固化剂部分中用量最大的是脂肪胺族(聚醚胺和二乙烯三胺)，尤为重要的是聚醚胺，通常用的聚醚胺是聚醚胺D230，因为聚醚胺D230色浅、粘度低、中温固化柔韧性好，用其作为固化剂主要是来调节力学性能，耐热性能和体系的活性。二乙烯三胺属于直链的脂肪胺，其活性相对较高，此种组分的加入可以调节整个体系的适用期，使整个环氧树脂体系满足真空灌注工艺对环氧树脂工艺性能的要求。固化剂部分中还加入脂环胺族的异佛尔酮二胺和/或二氨基二环己基甲烷，脂环胺族的这两种可以同时加入也可以单独加入，但不管那种加入形式，必须保证脂环胺族占整个固化剂总份中的20～45份。异佛尔酮二胺和二氨基二环己基甲烷这两种组份的分子结构中均含有六元环结构，当其作为固化剂成分加入时能很好提高整个环氧树脂体系的耐热性能和力学性能。另外，固化剂部分中还要加入颜料，颜料在整个体系中不参与反应，由于加入量很小，不会影响整个体系的性能，但其加入可以使操作人员很容易区分出树脂部分和固化剂部分，便于操作。
因而，本发明性能优良，对风力发电机叶片配套用环氧树脂具有针对性，尤其是兆瓦级风机叶片配套用环氧树脂。