高性能复合材料用环氧树脂体系的研究

学校代码10530学号200806041153分类号O63密级硕士学位论文高性能复合材料用环氧树脂体系的研究学位申请人刘文凤指导教师张海良教授任六波高工学院名称化学学院学科专业高分子化学与物理研究方向高分子合成与应用二○一一年五月StudyonEpoxyResinSystemUsedforHigh-PerformanceCompositeCandidateWenfengLiuSupervisorProf.HailiangZhangSeniorEngineer.LiuboRenCollegeChemistryProgramPolymerChemistry&PhysicsSpecializationSynthesis﹠ApplicationofPolymerDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay，2011湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日湘潭大学硕士学位论文I摘要环氧树脂是泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固性产物的高分子低聚体（Oligomer）。环氧树脂由于其优良的力学性能、与纤维界面的粘结性能及成型工艺性能等成为最重要的玻璃(碳)纤维增强树脂基复合材料的基体树脂。本文针对大型风力发电机叶片用真空灌注环氧树脂体系的特殊要求，开展风力发电叶片用环氧树脂体系研究，主要做了以下四方面的工作。1、首先走访了中材科技、保定华翼、时代新材等国内叶片生产厂家，了解风电叶片用真空灌注环氧体系的技术指标。2、通过与HUNTSMAN1564环氧树脂对比，从环氧值、粘度两个方面进行分析，确定了三种组份风电叶片真空灌注环氧树脂的组成。根据分子结构与性能原理，结合固化物性能和风力叶片制造工艺对环氧体系的要求，选取了五种固化剂，对其力学性能、热性能、凝胶时间的测试，筛选出其中三种作为固化剂体系的基本组份，通过胺值测试确定了固化剂配比的大致范围。3、运用动态万能材料力学实验机、差示扫描量热仪、旋转粘度计对环氧树脂体系及固化成形物的粘度、适用期、力学性能、热性能等进行了表征。通过对固化剂配方的调节，确定了粘度低、工艺操作性好、纤维匹配性好的风电叶片用环氧树脂体系。并将该体系与国内外风电叶片用真空灌注环氧树脂体系进行力学性能、热性能对比。4、优化了该环氧树脂复配体系在实际生产过程中的工艺操作流程，并对产品的力学性能及耐疲劳性能在内的综合性能进行了表征。通过研究最终确定了风电叶片用环氧树脂体系的组成及配方：环氧树脂体系H1:H2:H3=60:25:15，固化剂体系G1:G2:G3=6:3:1，环氧树脂和固化剂的配比为100：30。综合性能测试表明，该环氧树脂体系满足目前普遍制造的40.3m风电叶片设计要求，可以用于风力发电叶片的制造。关键词：环氧树脂；固化剂；风电叶片；纤维增强复合材料湘潭大学硕士学位论文IIAbstractEpoxyresinisapolymeroligomer,Itconsisttwoormorethantwoepoxybasewhicharelinkedthroughaliphatic、fatalicyclicoraromaticorganiccompounds,Epoxyresincanformusefulthermosettingproductbythereactionoftheepoxygroups.Ithasbecomethemostimportantmatrixresinofglass(carbon)fiberreinforcedcompositesforitsexcellentmechanicalproperties、bondpropertieswithfiberinterfaceandmoldingprocesscapability.Theresearchismainlyaboutthespecialrequirementsofepoxyresinusedforwindgeneratorslargeblades,fourpartsofworkswerestatedasbelow:1、Wevisitedsomeblademanufactures,andinvestigatedtechnicalindicatorsofvacuuminfusionwind-powerbladesepoxysystem.2、WiththecomparisonofHUNTSMAN1564epoxyresin,weanalyzedtheepoxyvalueandviscosityofepoxyresinthendeterminedtheofepoxyresinsystemwhichhavethreecomponents.Accordingtotheprincipleofmolecularstructure、performance、curingpropertiesandthetechnologicalrequirement,weselectedfivekindsofcuringagentandtestedthemechanicalproperties,thermalproperties,geltime.Atlastweselectedthreecompositionsasthebasiccompositionofsystemanddeterminedtheratioofcuringagentbythetestingofaminevalue.3、Thepropertiesofepoxyresinsystemandcuringmaterialwereconfirmedbyelectricaluniversalmaterialmachine、DSC、viscometeretc.Weadjustedtheformulaofepoxyresinsystem,andobtainedtheepoxyresinsystemforwind-powerbladeswithlowviscosity,feasibletechnologyandgoodfibersmatching.Meanwhile,wecomparedtheperformanceofourepoxyresinsystemwiththeproductsimporting.4、WeoptimizedtheoperationproceduresoftheepoxyresinsystemintheactualprocessoperationandtestedthecomprehensiveperformanceofEpoxyresinsystem,whichincludesmechanicalpropertiesandfatigue-resistanceFromtheresearch,wedeterminedthecompositionandformulaofepoxyresinsystem:H1:H2:H3=60:25:15,G1:G2:G3=6:3:1,theratioofresinwithcuringagentis100:30.Astheresult,followingbythecomprehensiveevaluationoftheperformance,theepoxyresinsystemcanbesatisfiedtherequirementsof40.3mwind-powerblades,anditcanbeusedtomanufacturewind-powerblades.Keywords:epoxyresin;curingagent;wind-powerblade;fiberreinforcedcomposites湘潭大学硕士学位论文III目录第1章绪论............................................................................................................11.1引言............................................................................................................11.2风力发电....................................................................................................11.3风力发电叶片............................................................................................21.3.1玻璃纤维增强环氧树脂复合材料....................................................31.3.2风电叶片发展趋势...........................................................................41.4风电叶片用真空灌注环氧树脂体系..........................................................51.4.1环氧树脂研究进展...........................................................................61.4.2固化剂研究进展...............................................................................71.4.3我国风电叶片用环氧树脂体系研究情况......................................101.5本课题的提出..........................................................................................12第2章风电叶片用环氧树脂体系的研究............................................................132.1引言..........................................................................................................132.2实验部分..................................................................................................132.2.1化学试剂....................................................................................