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    风电叶片的使用指南

    文章来源:hnhanx 点击次数:16次

      环 氧树脂及环氧树脂胶粘剂本身无毒,但 由于在制备过程中添加了溶剂及其它有毒物,因 此不少环氧树脂因此“有毒”,近 年国内环氧树脂业正通过水性改性、避免添加等途径,保持环氧树脂“无毒”本色。目 前绝大多数环氧树脂涂料为溶剂型涂料,含 有大量的可挥发有机化合物(VOC),有毒、易燃,因 而对环境和人体造成危害。

      环 氧树脂一般和添加物同时使用,以获得应用价值。添 加物可按不同用途加以选择,常 用添加物有以下几类:(1)固化剂;(2)改性剂;(3)填料;(4)稀释剂;(5)其它。

      其 中固化剂是必不可少的添加物,无论是作粘接剂、涂料、浇 注料都需添加固化剂,否 则环氧树脂不能固化。

      由 于用途性能要求各不相同,对环氧树脂及固化剂、改性剂、填料、稀 释剂等添加物也有不同的要求。现 将它们的选择方法简介于下:

      (一)环氧树脂的选择

      1、 从用途上选择

      作 粘接剂时最好选用中等环氧值(0.25-0.45)的树脂,如6101、634;作 浇注料时最好选用高环氧值(>0.40)的树脂,如618、6101;作 涂料用的一般选用低环氧值(<0.25)的树脂,如601、604、607、609等。

      2、 从机械强度上选择

      环 氧值过高的树脂强度较大,但较脆;环 氧值中等的高低温度时强度均好;环 氧值低的则高温时强度差些。因 为强度和交联度的大小有关,环 氧值高固化后交联度也高,环 氧值低固化后交联度也低,故引起强度上的差异。

      3、 从操作要求上选择

      不需耐高温,对强度要求不大,希望环氧树脂能快干,不易流失,可 选择环氧值较低的树脂;如希望渗透性也,强度较好的,可 选用环氧值较高的树脂。

      (二)、固化剂的选择

      1、固化剂种类:

      常 用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺,另 外在光引发剂的作用下紫外线或光也能使环氧树脂固化。常 温或低温固化一般选用胺类固化剂,加温固化则常用酸酐、芳香类固化剂。

      环 氧值是鉴定环氧树脂质量的最主要指标,环 氧树脂的型号划分就是根据环氧值的不同来区分的。环氧值是指100克 树脂中所含环氧基的克当量数。

      2、固化剂的用量

      (1)胺 类作交联剂时按下式计算:

      胺类用量=MG/Hn

      式中:

      M=胺分子量

      Hn=含活泼氢数目

      G=环氧值(每100克 环氧树脂中所含的环氧当量数)

      改变的范围不多于10-20%,若用过量的胺固化时,会使树脂变脆。若 用量过少则固化不完善。

      (2)用 酸酐类时按下式计算:

      酸酐用量=MG(0.6~1)/100式中:

      M=酸酐分子量

      G=环氧值(0.6~1)为实验系数

      3、 选择固化剂的原则:固 化剂对环氧树脂的性能影响较大,一般按下列几点选择。

      (1)、从性能要求上选择:有的要求耐高温,有的要求柔性好,有的要求耐腐蚀性好,则 根据不同要求选用适当的固化剂。

      (2)、从固化方法上选择:有的制品不能加热,则 不能选用热固化的固化剂。

      (3)、从适用期上选择:所谓适用期,就 是指环氧树脂加入固化剂时起至不能使用时止的时间。要适用期长的,一 般选用酸酐类或潜伏性固化剂。

      (4)、从安全上选择:一 般要求毒性小的为好,便于安全生产。

      (5)、从成本上选择。

      (三)、改性剂的选择

      改 性剂的作用是为了改善环氧树脂的鞣性、抗剪、抗弯、抗冲、提高绝缘性能等。常用改性剂有:

      (1)、聚硫橡胶:可 提高冲击强度和抗剥性能。

      (2)、聚酰胺树脂:可改善脆性,提高粘接能力。

      (3)、聚乙烯醇叔丁醛:提高抗冲击鞣性。

      (4)、丁腈橡胶类:提高抗冲击鞣性。

      (5)、酚醛树脂类:可 改善耐温及耐腐蚀性能。

      (6)、聚酯树脂:提高抗冲击鞣性。

      (7)、尿醛三聚氰胺树脂:增 加抗化学性能和强度。

      (8)、糠醛树脂:改进静弯曲性能,提高耐酸性能。

      (9)、乙烯树脂:提 高抗剥性和抗冲强度。

      (10)、异氰酸酯:降 低潮气渗透性和增加抗水性。

      (11)、硅树脂:提高耐热性。

      聚 硫橡胶等的用量可以在50-300%之间,需加固化剂;聚酰胺树脂、酚醛树脂用量一般为50-100%,聚酯树脂用量一般在20-30%,可 以不再另外加固化剂,也 可以少量加些固化剂促使反应快些。

      一 般说来改性剂用量越多,柔性就愈大,但 树脂制品的热变形温度就相应下降。

      为改善树脂的柔性,也常用增韧剂如:邻 苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二辛酯。

      (四)、填料的选择

      填 料的作用是改善制品的一些性能,并 改善树脂固化时的散热条件,用 了填料也可以减少环氧树脂的用量,降低成本。因 用途不同可选用不同的填料。其大小最好小于100目,用量视用途而定。常用填料简介如下:

      填料名称 作用

      石棉纤维、玻璃纤维 增加韧性、耐冲击性

      石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂 提高硬度

      氧化铝、瓷粉 增加粘接力,增加机械强度

      石棉粉、硅胶粉、高温水泥 提高耐热性

      石棉粉、石英粉、石粉 降低收缩率

      铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末 增加导热、导电率

      石墨粉、滑石粉、石英粉 提 高抗磨性能及润滑性能

      金刚砂及其它磨料 提高抗磨性能

      云母粉、瓷粉、石英粉 增加绝缘性能

      各种颜料、石墨 具有色彩

      另外据资料报导适量(27-35%)P、AS、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb的 氧化物添加在树脂中能在高热度、压力下保持粘接性。

      (五)、稀释剂的选择

      其作用是降低粘度,改善树脂的渗透性。稀 释剂可分惰性及活性二大类,用量一般不超过30%。常用稀释剂如下:

      活性稀释剂

      名称 牌号 用途 备注

      二缩水甘油醚 600 ~30% 需多加计算量固化剂

      多缩水甘油醚 630 同上 同上

      环氧丙烷丁基醚 660 ~15% 同上

      环氧丙烷苯基醚 690 同上 同上

      二环氧丙烷乙基醚669 同上 同上

      三环氧丙烷丙基醚662 同上 同上

      惰性稀释剂

      名称 用量 备注

      二甲苯 ~15% 不需多加固化剂

      甲苯 同上 同上

      苯 同上 同上

      丙酮 同上 同上

      在加入固化剂之前,必须对所使用的树脂、固化剂、填料、改性剂、稀 释剂等所有材料加以检查,应符合以下几点要求:

      (1)、不含水份:含 水的材料首先要烘干,含 少量水的溶剂应尽量少用。

      (2)、纯度:除 水份以外的杂质含量最好在1%以下,若杂质在5-25%时虽也可使用权,但 须增加配方的百分比。少 量使用时用试剂级较好。

      (3)、了解各材料是否失效。

      在缺少验收条件的厂,使 用前最好按配方做个小样试验。

      (六)、固化的三个阶段

      1. 液体-操作时间

      操作时间(也 是工作时间或使用期)是固化时间的一部份,混合之后,树脂/固 化剂混合物仍然是液体和可以工作及适合应用。为了保证可靠的粘接,全 部施工和定位工作应该在固化操作时间内做好。

      2.凝胶-进入固化

      混 合物开始进入固化相(也称作熟化阶段),这时它开始凝胶或“突变”。这 时的环氧没有长时间的工作可能,也将失去粘性。在 这个阶段不能对其进行任何干扰。它 将变成硬橡胶似的软凝胶物,你 用大拇指将能压得动它。

      因 为这时混合物只是局部固化,新 使用的环氧树脂仍然能与它化学链接,因 此该未处理的表面仍然可以进行粘接或反应。无论如何,接 近固化的混合物这些能力在减小

      3. 固体-最终固化

      环 氧混合物达到固化变成固体阶段,这时能砂磨及整型。这 时你用大拇指已压不动它,在这时环氧树脂约有90%的最终反应强度,因 此可以除去固定夹件,将 它放在室温下维持若干天使它继续固化。

      这 时新使用的环氧树脂不能与它进行化学链接,因 此该环氧表面必须适当地进行预处理如打磨,才 能得到好的粘接机械强度。

      不饱和树脂

      1.不 饱和聚酯树脂的定义

      人 类最早发现的树脂是从树上分泌物中提炼出来的脂状物,如松香等,这是“脂”前有“树”的原因。直到1906年 第一次用人工合成了酚醛树脂,才 开辟了人工合成树脂的新纪元。1942年 美国橡胶公司首先投产不饱和聚酯树脂,后 来把未经加工的任何高聚物都称作树脂。但是早就与“树”无关了。

      树 脂又分为热塑性树脂和热固性树脂两大类。对 于加热熔化冷却变固,而 且可以反复进行的可熔的树脂叫做热塑性树脂,如聚氯乙烯树脂(PVC)、聚乙烯树脂(PE)等;对 于加热固化以后不再可逆,成为既不溶解,又不熔化的固体,叫做热固性树脂,如酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。

      “聚酯”是相对于“酚醛”“环氧”等 树脂而区分的含有酯键的一类高分子化合物。这 种高分子化合物是由二元酸和二元醇经缩聚反应而生成的,而 这种高分子化合物中含有不饱和双键时,就称为不饱和聚酯,这 种不饱和聚酯溶解于有聚合能力的单体中(一般为苯乙烯)

      而 成为一种粘稠液体时,称为不饱和聚酯树脂(英文名Unsaturated Polyester Resin 简称UPR)。

      因此,不 饱和聚酯树脂可以定义为由饱和的或不饱和的二元酸与饱和的或不饱和的二元醇缩聚而成的线型高分子化合物溶解于单体(通常用苯乙烯)中而成的粘稠的液体。

      2.不 饱和聚酯树脂的特性

      不 饱和聚酯树脂是一种热固性树脂,当 其在热或引发剂的作用下,可 固化成为一种不溶不融的高分子网状聚合物。但 这种聚合物机械强度很低,不 能满足大部分使用的要求,当 用玻璃纤维增强时可成为一种复合材料,俗称“玻璃钢”(英文名Fiber Reinforced Plastics 简称FRP)。“玻璃钢”的 机械强度等各方面性能与树脂浇铸体相比有了很大的提高。

      以 不饱和树脂为基材的玻璃钢(UPR-FRP)具有以下特性:

      1)轻质高强

      FRP的密度为1.4-2.2g/cm3,比钢轻4-5倍,而其强度却不小,其比强度超过型钢、硬铝和杉木。这对于航空、航天、火箭、导弹、军 械及运输等需要减轻自重的产品具有非常重要的意义。例如波音747喷 气客机在主要结构上应用的FRP部件达2.2吨,有 效地节省了飞机燃料,提高了航速,延长了续航时间,增加了有效载荷。见表1。

      表1 UPR-FRP与其他材料的性能

      材料 相对密度(g/cm3) 极限拉伸强度(Mpa) 比强度

      (×103cm) 拉伸弹性模量(Gpa) 比模量

      (×103cm)

      UPR-FRP 1.5-1.7 352 2076.6 19.71 115.9

      钢 7.8 880 1128.2 204.16 261.7

      硬铝 2.8 457.6 1634.2 70.4 251.4

      杉木 0.5 70.4 1408.0 9.86 197.2

      2) 耐腐蚀性能良好

      UPR-FRP是 一种良好的耐腐蚀性材料,能耐一般浓度的酸、碱、盐类,大部分有机溶剂、海水、大气、油类,对 微生物的抵抗力也很强,正广泛应用于石油、化工、农药、医药、染料、电镀、电解、冶炼、轻 工等国民经济诸领域,发 挥着其他材料无法替代的作用。

      3) 电性能优异

      UPR-FRP绝缘性能极好,在 高频作用下仍能保持良好的介电性能。它不反射无线电波,不受电磁的作用,微波透过性良好,是 制造雷达罩的理想材料。用它制造仪表、电机、电 器产品中的绝缘部件能提高电器的使用寿命和可靠性。见表2。

      表2 UPR-FRP的介电性能

      体积电阻率

      (Ω cm) 介电强度

      (KV mm-1) 介电常数

      (60Hz) 功率因数

      (60Hz) 耐电弧性

      (S)  1012~1014 15-20 3.0-4.4 0.003 125

      4)独特的热性能

      UPR-FRP的导热系数为0.3-0.4Kcal/mh℃,只有金属的1/100-1/1000,是 一种优良的绝热材料,用 其制成的门窗是第五代新型节能建材。另外,FRP线胀系数也很小,与一般金属材料接近,所以FRP和 金属连接不致受热膨胀产生应力,有 利于其与金属基材或混凝土结构粘接。

      5) 加工工艺性能优异

      UPR的加工工艺性能优异,工艺简单,可一次成型,既可常温常压成型,又可以加温加压固化,而 且在固化过程中无低分子副产物生成,可 制造出比较均一的产品。由于其工艺性能优异,近 年来已被广泛用于制作工艺品、仿大理石制品、聚 酯漆等非玻璃纤维增强型材料。

      6)材料的可设计性好

      UPR-FRP是以UPR为基体,以 玻璃纤维为增强骨材的复合材料,二 者经过一次性加工成型为最终形状的制品。所以FRP不仅仅是一种材料,同时也是一种结构。所 谓可设计性包含两方面内容:(1)功能设计;通过选择合适的UPR和 玻璃纤维可以制成具有各种特殊功能的FRP制品,如:可 以制成耐腐蚀的产品;可 以制成耐瞬时高温的产品;可制成透光板材;可制成耐火阻燃制品;可制成耐紫外线制品……(2)结构设计:可以根据需要,灵 活地设计出各种产品结构,如玻璃钢门窗、玻璃钢格栅、玻璃钢管、玻璃钢槽、玻璃钢罐等。

      任 何一种材料都不是万能的,FRP也不例外。首先FRP与 金属相比有许多本质上差别,例 如金属是各向同性材料,而FRP是各向异性材料,金属在应力作用下,一 般分为弹性变形与塑性变形两个阶段,而FRP在 应力作用下一般没有显著的塑性变形阶段,没有屈服点,在 受力过程中有分层现象,在 超负荷时容易突然断裂。其次FRP的模量较低,比钢材差10倍,因 此凡对刚性要求高的产品必须进行精心设计。第三,FRP的 耐热比金属材料相差甚远,到目前为止FRP的 长期使用温度还只限于200℃以下。

      3.不 饱和聚酯树脂的分类和用途

      根 据不饱和聚酯树脂的结构可分为邻苯型、间苯型、对苯型、双酚A型、乙烯基酯型等;根 据其性能可分为通用型、防腐型、自熄型、耐热型、低收缩型等;根 据其主要用途可分为玻璃钢(FRP)用 树脂与非玻璃钢用树脂两大类,所 谓玻璃钢制品是指树脂以玻璃纤维及其制品为增强材料制成的各种产品,也 称为玻璃纤维增强塑料(简称FRP或玻璃钢);非 玻璃钢制品是树脂与无机填料相混合或其本身单独使用制成的各种制品,也 称为非增强型玻璃钢制品。

      按 具体专用品种分类包括有缠绕树脂、喷射树脂、RTM树脂、拉挤树脂、SMC、BMC树脂、阻燃树脂、食品级树脂、防腐蚀树脂、气干型树脂、宝丽板树脂、工艺品树脂、纽扣树脂、玛瑙树脂、人造石树脂、高透明树脂水晶树脂、原子灰树脂等。作为FRP表 面装饰的防老化阻燃胶衣、耐热胶衣、喷涂胶衣、模具胶衣、不开裂胶衣、辐射固化胶衣、高耐磨胶衣等。

      UPR的 玻璃钢制品广泛地应用于下述领域:

      建筑领域:制冷却塔,8米3/小时-3000米3/小时的横流、逆流、喷射式塔及风筒、风机、收水器等辅件。门、窗、轻型采光建筑、格栅、活动房、冷库、公园亭、台、报亭等。

      玻璃钢管、罐、槽等防腐产品及工程:包括大、中、小口径管道、管件、阀门、贮罐、贮槽、格栅、填仓板、塔器、烟囱、防 腐地面及建筑防腐等。

      玻璃钢车辆:火 车双层客车及零部件、窗框、汽车车身、保险杠、火车通风道、弹簧板等。

      玻璃钢船艇:包括游艇、救生艇、交通艇、渔船、快艇、舢舨、养殖船、冲锋舟等。

      玻璃钢游乐设备:包括大型游艺机、大型水上乐园、儿童乐园。

      玻璃钢交通设备、劳保及保安用品:包括公路牌、路标、人行桥、灯具、电缆盒、测量标尺、头盔、收亭、防爆器材、井盖等。

      玻璃钢卫生设备:浴缸、洗漱台、便器、镜架、整体卫生间、垃圾箱。

      节能玻璃钢产品;包括轴流风机、离心风机、太阳能热水器、风力发电机等。

      玻璃钢食品容器:高位水箱、食品运输罐、饮料罐。

      玻璃钢城市雕塑、字体、工艺品和贴骨工艺。

      玻璃钢家具:包括座椅、快餐桌、成套家具、电话亭、柜台等。

      玻璃钢机电、矿用、轻纺产品:包括防护罩、格栅、干式变压器、互感器、高压拉杆、计算机房、电器开关、SMC卫星天线、铜箔板、服装模特、通风管道、棉条筒等。

      玻 璃钢运动器材和音乐舞蹈器材:包括网球拍、双杠、单杠、助跳板、赛艇、道具等。

      UPR的 非玻璃钢应用领域大致如下:

      浇铸工艺品;包括水晶工艺品、不 透明各种造型工艺品等

      钮扣 :各种聚酯钮扣制品。

      人造石:包括人造大理石、人造玛瑙、人造花岗岩等

      涂层:包括家俱涂层、钢琴、电视机、收音机外壳、缝 纫机台板以及自行车罩光漆等。

      原子灰 :汽 车修补用聚酯腻子等。

      其它:包括锚固剂、电器浇铸、增韧剂、粘接剂等。