盐雾老化对风电叶片用环氧树脂性能的影响盐雾老化对风电叶片用环氧树脂性能的影响卢敏“，唐先贺２，冯学斌２，杨金水３（１．湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室，湖南株洲４１２００７；２株洲时代新材料科技股份有限公司．湖南株洲４１２００８；３国防科技大学航天与材料工程学院，长沙４１００７３）摘要：采用差示扫描量热（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＳｃａｎｎｉｎｇＣａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ，简称ＤＳＣ）、红外光谱（ＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｆｒａｔＨｌｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，简称丌１Ｒ）、静态力学性能测试等分析方法对复合材料风电叶片用环氧树脂浇铸体老化前后的性能进行分析，通过对比盐雾老化前后树脂浇铸体的玻璃化转变温度（Ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，简称Ｔｇ）和力学性能，研究了环氧树脂浇铸体的老化机理。结果表明，树脂浇铸体的Ｔｇ随着老化时间的增加呈现先上升后下降的趋势，老化加天时Ｔｇ由未老化前的５５℃升高到６２℃，２０天后开始下降，到５０天时下降为５１℃，比未老化的下降了４℃。随着老化时间的增加，树脂浇铸体力学强度和模量均呈下降趋势，５０天盐雾老化后树脂浇铸体的弯曲强度和拉伸强度分别下降了１３％和１２％，而弹性模量和弯曲模量分别下降了１６％和９％。关键词：环氧树脂；盐雾老化；力学性能；玻璃化转变温度中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３—０９９９（２０１２）叭一００４４—０４风能作为一种清洁的可再生能源，其开发潜力已被各国所认可。叶片是风力发电机组（简称风电叶片）有效捕获风能的关键部件。在发电机功率确定的条件下，如何提高发电效率以获取更大的风能，一直是风力发电追求的目标，而捕风能力的提高与叶片尺寸密切相关，而叶片尺寸的大小则主要依赖于制造叶片的材料”１，目前叶片的材料体系有基体材料、增强材料和夹心材料。环氧树脂由于其优异的力学性能、粘结性能、低收缩率、低粘度等优点”“１，被广泛用做叶片基体材料。随着科学技术的发展以及海上风能项目的开发，海上风电发展十分迅速。安装在海上的叶片要经受空气中盐水和ｃｌ一的腐蚀，通过人工加速老化来模拟海洋大气环境对叶片材料性能的影响，评估海洋环境下叶片材料的耐久性，可以为叶片结构设计、叶片材料的研发和寿命的预估提供依据。目前，国内外专家学者”““研究了盐雾对热固性树脂基体复合材料性能的影响，在盐雾环境下树脂化学性质基本稳定，但在长时间的盐水浸泡下，水分子对树脂基复合材料起到了增塑作用，因此韧性提高，其它力学强度、模量下降，电性能衰减严重。但是这些研究都是针对环氧树脂基复合材料而言，对于盐雾环境下树脂性能的变化以及变化机理的报道并不多。收稿日期：２０１Ｉ－０６－１４本文作者还有刘魁和雷志敏。本文通过对盐雾老化后树脂浇铸体的玻璃化转变温度、力学性能分析和红外光谱分析，得到了盐雾老化对树脂性能的影响，并研究了产生这些影响的机理。１实验部分１．１试验原材料和浇铸备本文所用树脂为美国陶氏化学公司提供的风电叶片专用７６０Ｅ／７６６Ｈ环氧树脂体系，其中，７６０Ｅ为树脂，７６６Ｈ为固化剂，树脂和固化剂的质量配比为１００：３２。将环氧树脂和组装好的模具放置烘箱中７０。Ｃ放置１ｈ，将环氧树脂和固化剂按比例配好，搅拌均匀后放人真空脱泡箱内，当真空度达到一０．１ＭＰａ后脱泡１５ｍｉｎ，待脱泡完毕后缓慢放气，将胶液引流注入浇铸体模具中，然后再将浇铸体模具放人真空脱泡箱脱泡１５ｍｉｎ，将脱好泡的浇铸体放入烘箱中按７０。Ｃ／５ｈ＋２５。Ｃ／１２ｈ的固化工艺进行加热固化。１．２盐雾老化试验试验设备为高铁检测仪器（中国）有限公司生产的ＧＴ－７００４一Ｌ盐水喷雾试验机；盐雾试验参照ＧＢ—Ｔ１０１２５－１９９７进行。为了较好地模拟海洋大气环境，采用中性盐雾条件，试验溶液为质量分数１０％的分析纯ＮａＣｌ的水溶液，试验温度为３５。Ｃ。连续喷雾５０天，每隔ｌｏ天取一组样。鬻骥鞘澜黼麟万方数据基金项目：国家８６３计划资助项目（２００７ＡＡ０３２５６３）；湖南省重大科技专项资助项目（２００９ＦＪｌ００２）作者简介：卢敏（１９８７一），女，硕士研究生，主要从事复合材料研究。２０１２年第１期玻璃钢／复合材料４５１．３ＤＳＣ分析试验设备为德国ＮＥＴＺＳＣＨ公司生产的ＳＴＡ２结果与分析２．１４４９Ｃ型差示扫描量热仪（ＤＳＣ）。试验条件：测试时的升温速率为１０。Ｃ／ｍｉｎ，温度范围为３０～３００℃，在氮气气氛下进行。１．４红外光谱分析红外光谱分析采用傅里叶变换红外光谱仪，美国热电－尼高力仪器公司，型号：Ｎｉｃｏｌｅｔ３８０，实验环境：温度为２５℃，湿度为６０％，采用压片法取样。１．５静态力学分析树脂浇铸体的拉伸、弯曲性能使用美特斯工作系统（中国）有限公司生产的ＣＭＴ５１０５型电子式万能材料试验机进行测试。拉伸、弯曲过程加载速度为２ｍｍ／ｍｉｎ，分别按国标ＧＢ／Ｔ２５６８－１９９５和ＧＢ／Ｔ２５７０—１９９５试验方法测试，每组试样８个，取平均值。ＤＳＣ分析环氧树脂盐雾老化ｌＯ天、２０天、３０天、４０天、５０天的玻璃化转变温度（Ｔｇ）如图１所示，盐雾１０天老化的他为６０。Ｃ，和老化前比略有上升；盐雾老化２０天时强为６２。Ｃ，和老化前比提高了７０Ｃ；老化进行到３０天时，Ｔｇ呈现下降的趋势。老化３０天、４０天、５０天的Ｔｇ分别为５５℃、５２℃、５１℃。分析表明，在前２０天的老化过程中树脂近进一步固化，交联密度和分子量均增大，因此导致Ｔｇ上升；水分子的浸入，在树脂中形成氢键从而导致Ｔｇ提高。经过２０天盐雾老化后，大量水分子浸入树脂增塑作用占主导作用，从而导致Ｔｇ下降”“。Ｔｅｍｐｅｒａｉｕｒｅ／℃Ｔｃｍｐｅｍｔｕｒｅ／℃１ｈｎＤｍＷ℃㈣拿心；蚴船枷心删ＴｅｍｐｅｒａｔｕｌｅＪ℃］图１盐雾老化后的Ｔｇ（ａ）０天；（ｂ）１０天；（ｃ）２０天；（ｄ）３０天；（ｅ）４０天；（ｆ）５０天ＴｈｅＴＳａｆｔｅｒｓＭｔｓｐｒａｙａｇｉｎｇＦｉｇ１（ａ）０ｄａｙ；（ｂ）１０ｄａｙ；（ｃ）２０ｄａｙ；（ｄ）３０ｄａｙ；（ｅ）４０，ｈｙ；（ｆ）５０ａ．ｒ万方数据ｉ灏＠翻瓣臻漱ｉ盐雾老化时风电叶片用环氧树脂性能的影响２．２红外分析树脂老化前和盐雾１０天、２０天、３０天、４０天、５０天老化后的红外光谱图如图２所示，老化前１０９０ｃｍ“处出现了主链醚Ｃ－Ｏ—Ｃ的不对称伸缩振动吸收峰”…；１２５２ｅｍ“处和８４０ｅｍ。１处出现了环醚的对称和反对称伸缩振动吸收峰；２８７０ｅｍ。处出现一ＣＨ３对称伸缩振动，在２９６０ｅｍ。１处出现－ＣＨ，反对称的伸缩振动；２９３０ｅｍ。１附近的宽吸收带为酯环饱和碳的碳氢振动““，由于环氧树脂本身是多羟基物质，因此羟基吸收峰的面积比较大，３４２０ｅｍ。处的吸收峰为羧基中的．ＯＨ吸收峰。经过１０天盐雾老化后，１０９０ｅｒａ～、１５１０ｃｍ～、１６１０ｅｍ～、３４２０ｃｎｌ“处的吸收峰加强，分析表明经过盐雾ｌＯ天老化后树脂发生后固化，进一步交联反应，导致吸收峰加强。由于树脂受吸湿的影响，水分子介入交联网络，因此盐雾２０天、３０天、４０天、５０天老化后各吸收峰强度明显减弱。图２盐雾１０天、２０天、３０天、柏天、５０天老化的红外光谱图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅ阿Ｒｏｆ１０、２０、３０、４０、５０ｄａｙｓａｌｔ－ｓｐｒａｙ图３和图４分别为环氧树脂经盐雾１０天、２０天、３０天、４０天、５０天老化后拉伸强度和弯曲强度的力－位移载荷图。由拉伸试验和弯曲试验的力．位移曲线可知，环氧树脂浇铸体的拉伸强度和弯曲强度随着老化时间的延长呈现下降趋势。老化１０天后的拉伸强度下降不明显，经过２０天、３０天、４０天、老化时间的延长，弯曲强度不断下降，老化１０天后的弯曲强度下降明显，经过２０天、３０天、４０天、５０天的老化，下降速率减慢但一直保持下降的趋势。表１为盐雾老化后各项力学性能数据，到５０天老化万方数据下降了１３％。树脂的弹性模量随着老化时间的增加，不断减小，到５０天的时候，树脂的弹性模量是老化前的１６％，弯曲模量也呈现下降趋势。分析表明，吸湿对环氧树脂影响较大，水分子浸入树脂，对树脂起到增塑作用，因此树脂拉伸、弯曲强降低，此结论也可以从图３得到证实，经过老化后拉伸强度曲线在达到屈服极限后出现了平缓的台阶，而且随着老化时间的延长平缓台阶越明显。图３树脂浇铸体盐雾老化１０天、２０天、３０天、４０天、５０天后的拉伸强度曲线Ｆｉｇ．３ＴｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｓｏｆＥＰｃａｓｔｓａｆｔｅｒ１０、２０、３０、如、５０ｄａｙｓａｌｔｓｐｒａｙ图４树脂浇铸体盐雾老化１０天、２０天、３０天、４０天、５０天后的弯曲强度曲线Ｆｉｇ．４ＴｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｓｏｆＥＰｃａｓｔｓａｆｔｅｒ１０、２０、３０、４０、５０ｄａｙｓａｌｔｓｐｒａｙ表ｌ盐雾老化后的力学性能Ｔａｂｌｅ１Ｔｈｅｄａｔａｏｆｍｅｃｈａｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ２．３静态力学分析５０天老化后拉伸强度呈现明显的下降趋势。随着后拉伸强度为５８ＭＰａ，和老化前相比下降了１２％。５０天老化后的弯曲强度为９１．８５ＭＰａ，和老化前比灏黼獭麟翩疆麟型！！±堑！塑堕苎塑！墨全堑堑ｎｏｖｏｌａｅｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ塑ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”ｐｈｔｂｏｌｅｎｅ３总结（１）经过１０天、２０天、３０天、４０天、５０天盐雾老化后，树脂玻璃化转变温度（Ｔｇ）呈现先上升后下降的趋势，在第ｌｏ、２０天的时候玻璃化转变温度上升，第２０天的时候，玻璃化转变温度达到６２℃，比老化前提高了７℃，在３０天、４０天、５０天呈现下降趋势，经过盐雾５０天老化后Ｔｇ为５１℃，和老化前比下降了４０Ｃ：ｍｏｉｅｔｙ［Ｊ］Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００７，（４８）：３６８６－３６９３．［５］柴红梅，汪鹏，王雷，孙超明固化剂含量对ＲＴＭ用环氧树脂体系固化性能的影响［Ｊ］玻璃钢／复合材料，２００９，（６）：４８４９［６］吕金艳，王雷，柴红梅低粘度中温固化环氧树脂体系的基本性能［Ｊ］玻璃钢／复合材料，２００８，（４）：１６—１８［７］ＡＭ．ＶｉｓｃｏＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｓｅａｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｒｍｏｓｅｔｒ－ｓｉｎｓｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＰａｒｔＡ，２０１１，（４２Ｊ：１２３—１３０．ｗａｔｅｒ［８］ＡｌａａｕｉｎＡｋｔａｓ．Ｓｅａｅｆｆｅｃｔｏｎｐｉｎｎｅｄ－ｊｏｉｎｔｄｍｆｉｂｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔ—ｅｔｉａｌｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００８，（８５）：５９－６３（２）随着老化时间的增加，力学强度下降，经过５０天的盐雾老化后，树脂浇铸体的拉伸强度和弯曲强度分别下降了１３％和１２％；弹性模量是老化前的１６％，弯曲模量也呈现下降趋势，下降了９％。参考文献［１］李成良，王继辉，薛忠民大型风机叶片材料的应用和发展［Ｊ］玻璃钢／复合材料，２００８．（４）：４９－５２［２］Ｂａｒ—ＬｏｎｇｄｅｄｗｉｔｈｄｅｎｏＴｈｅｒｍａｌＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎＢｌｅｎ—［９］刘建华，赵亮，李松梅等盐雾环境对玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响［Ｊ］．复合材料学报，２００７，２４（３）：１８－２２［１０］ＪｏｚｅｆＳｔａｂｉｋＡｇｅｉｎｇｏｆｈｍｆｉｎａｔｅｓｉｎｂｏｉｌｉｎｇＮａＣｌｗａｌｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＴｅｓｔｉｎｇ，２００５，（２４）：１０１—１０３［１１］ＲＤＡｄｄｓ，ＭＭＳｉｎｇｈ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉｍｍｅｒｓｉｏｎｉｎ…ａｔｅｒｏｆｏＢｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｉｂｒｅ—ｒｅｉｎｆｏｍｅｄｆｌｅｘｉｂｉｌｉｓｅｄｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓ—ｉｔｅｓ［Ｊ］Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［１２］ＭＲ．ＲＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．１９９５，（３１）：１１９・１２７．Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙａ８Ｌ．ｄａＳｉｌｖａｄｍＰｍｐｙｌＥｓｔｅｒＰｂｏｓｐｈａｚｅｎｅ［Ｊ］ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒａｎｄｅａｔｈｏ一１１ｆｉｂｅｒ－ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｋｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，（８１）：１１６１—１１７４［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＴｅｓｔｉｎｇ，２００９，（２８）：５４３－５４７［１３］袁剑民，邓剑如，蒋卫和．新型环氧稀释剂环己二醇一１，２－二缩水甘油醚的合成［Ｊ］热固性树脂，２００４，１９（５）：２４－２６［１４］卢晓东，黄玉东，张春华新型芳杂环氧树脂的固化动力学及耐ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎｏｖｅｌ［３］ＦＤｅｌｏｒ－ＪｅｓｔｉｎＴｈｅｒｍａｌａｎｄｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌａｇｅｉｎｇｏｆｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｅｉｎ－ｆｉｕｅｎ—ｅｅｏｆｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔｓ［Ｊ］ＰｏｌｙｍｅｒＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄＳｔａｂｉｌｉｔｙ，２００６．（９１）：１２４７・１２５５［４］ＧｕｏＹｕａｎｐａｎＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ热性［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２００７，２３（６）：１２０—１２３ＥＦＦＥＣｒｏＦＳＡＬｒｒＳＰＲＡＹＬＵＡＧ州ＧＯＮＰＲｏＰＥＷＩ’【ＥＳｏＦＥＨＩＸＹＲ啜ＩＮＦｏＲＷ刑ＤＴＵＲＢ刑ＥＢＬＡＪｌＥＭｉｎ“．ＴＡＮＧＸｉａｎ．ｈｅ２．ＦＥＮＧＸｕｅ．ｂｉｎ２，ＹＡＮＧＪｉｎ．ｓｈｕｉ３Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＰａｃｋａｇｉｎｇ，ＨｕｎａｎＺｈｕｚｈｏｕ４１２００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｕｚｈｏｕ３．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｉｍｅｓＮｅｗｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭａｔｅｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２００８，Ｃｈｉｎａ；Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＤＳＣ，ＦＴＩＲａｎｄｏｘｙｒｅｓｉｎｓｔａｔｉｃ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗｅｒｅｗｅｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅａｇｉｎｇｏｆｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｅｐ—ａｆｔｅｒｅｘｐｏｓｅｄｔｏｓａｌｔ－ｓｐｒａｙ．ＡｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｒｅａｃｈｅｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｈａｎｇｅｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥＰｃａｓｔｓ（Ｔｇ）ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇｌａｓｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｇｉｎｇｔｉｍｅ，ｉｔｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（Ｔｇ）ｏｆｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｄ２０６２。Ｃｗｈｅｎｅｘｐｏｓｄｓａｌｔ—ｓｐｒａｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｄａｙ，７。Ｃｈｉｇｈｅｒｔｈｅｎｕｎａｇｉｎｇｅｄ，ｄｅｃｒｅａｓｅｄａｆｔｅｒ２０ｄａｙｓｓａｌｔ—ｓｐｒａｙａｇｉｎｇ，ｉｔｄｒｏｐｅｄｔｏ５１ｏＣａｔｔｈｅ５０ｄａｙ，４。Ｃｌｏｗｅｒｔｈａｎｕｎａ百ｎｇｅｄ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅａｇｉｎｇｔｉｍｅ，ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅ—ｃｒｅａｓｅｄｂｙ１３％ａｎｄ１２％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｆｔｅｒｓａｌｔｓｐｒａｙａｇｉｎｇｆｏｒ５０ｄａｙｓ，ｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｂｅｎｄｍｏｄｕｌｕｓｄｒｏｐｂｙ１６％ａｎｄ９％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ；ｓａｌｔｓｐｒａｙａｇｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｇｌａｓｓｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ万方数据ｉ鬻嘲壤辫蠛瓣
