潜伏性灌注树脂在风电叶片中的应用分析

张春爱，刘鲜红

(东方电气(天津)风电叶片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

近年来，风电行业发展迅速，发电功率从几兆瓦向十兆瓦等级不断提高，这对叶片的长度提出更高要求，单支叶片长度不断增大，最长达到百米左右。受大尺寸叶片制造工艺的限制，对风电叶片的重要原材料——真空灌注树脂[1]提出了更高要求。目前，环氧树脂在在风电行业中应用最为广泛[2]，在大尺寸叶片的生产中，要求其灌注过程中前期粘度变化缓慢，以实现大尺寸灌注工艺。因此，市场上不断开发出潜伏性环氧真空灌注树脂，以适应大尺寸风电叶片灌注生产[3]。

1 实验部分

1.1 原材料及设备

实验设备：恒温干燥箱，多通道测温仪，粘度计，电子天平。

实验原料：潜伏性环氧树脂主剂，3325A；潜伏性环氧树脂固化剂，3325B。

1.2 实验内容

将潜伏性环氧树脂主剂(3325A)和固化剂(3325B)按 100∶20比例手动混合均匀，于 25℃真空干燥箱中测试树脂凝胶时间与树脂用量关系；测试树脂粘度-时间曲线；测试树脂温度-粘度曲线；测试树脂不同用量下温度-时间曲线。

2 结果与讨论

2.1 树脂凝胶时间与树脂用量关系

将混合均匀的潜伏性环氧树脂装入 1L圆柱形桶中，用量分别为 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)，于 30℃恒温烘箱中测试其凝胶时间，测试结果如表1。

通过表 1发现，随树脂用量增加，树脂凝胶时间不断减小，说明树脂高度的增加，不利于树脂反应过程热量的释放，导致树脂反应不断加快。若树脂高度控制在 5cm以下，其凝胶时间可保持在 200min以上，从而为真空灌注工艺提供更长的灌注时间。

表1 树脂凝胶时间与树脂用量关系Tab.1 Relationship between resin gel time and resin amount

2.2 树脂粘度-时间曲线及树脂温度-粘度曲线

将 100g树脂置于 100mL一次性杯中，树脂高度为 7cm，置于 30℃烘箱恒温环境中，测试其粘度-时间曲线和温度-粘度曲线(图1、图2)。

图1 100g树脂粘度-时间曲线Fig.1 Resin viscosity-time curve for 100g

图2 100g树脂温度-粘度曲线Fig.2 Resin temperature-viscosity curve for 100g

从100g树脂粘度-时间曲线看，在210min内粘度可保持在 1000mPa·s以下，最佳灌注时间为200min以内，之后随时间延长，树脂粘度急剧升高，不利于灌注。从 100g树脂温度-粘度曲线来看，随粘度升高，其温度无明显变化，环境温度为 30℃时，树脂反应过程放热使树脂温度保持在35℃左右，未出现急剧放热，显示此时放热与散热之间达到相对平衡。

2.3 树脂不同用量下温度-时间曲线

为研究树脂使用过程中树脂高度(用量)对放热峰的影响，在 1L桶中分别盛装 3cm(250g)、5cm(500g)、7cm(700g)、10cm(1000g)树脂，置于30℃恒温烘箱中，通过测试温度-时间曲线，研究不同用量树脂在使用过程中温度随时间的变化及放热峰。

图3 1L桶中树脂不同高度下温度-时间曲线Fig.3 Temperature-time curve of resin at different heights in 1L bucket

由图3曲线可见，在180min以内树脂温度可保持在 60℃以下，同时粘度变化缓慢，180～200min树脂温度急剧上升，直到出现放热峰，观察发现在该20min内树脂粘度急剧升高，在出现放热峰同时树脂会固化成块状。因此，树脂的最佳灌注时间应在180min以内。树脂放热峰随树脂用量增加逐渐升高，当树脂用量为 100g、树脂高度为 3cm 时，树脂放热不明显，这是由于树脂用量少，放热与散热之间易于平衡。因此结合实际应用认为，5cm 高度以上树脂放热峰曲线更有实际意义。当树脂高度为 5cm以上时，随树脂用量增加，放热峰逐渐升高，均达到200℃以上，树脂用量越多，放热速度越趋急剧。

3 结 论

潜伏性环氧灌注树脂(3325A/3325B)具有前期反应速度极其缓慢、后期反应速度剧增的特点，使其在应用过程前期粘度变化缓慢、温度上升缓慢，结合生产应用实际需求，可保证在前180min内有较好的灌注性能；同时，由于该树脂后期反应迅速，导致树脂粘度急剧升高、放热急剧加快、温度急剧升高。因此，潜伏性环氧灌注树脂(3325A/3325B)可为大型叶片的前期灌注提供较长的灌注时间，但需将灌注过程控制在180min以内，以便顺利完成灌注。