聚醚型聚氨酯弹性体的合成及其动态力学行为

采用两步合成法,以4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)为硬段,相对分子质量分别为1000、2000、4000的聚氧化丙烯二元醇(PPG)为软段,制备了一系列聚醚型聚氨酯(PUR)弹性体,研究了预聚体异氰酸酯指数R及软段相对分子质量对PUR动态力学性能的影响。结果表明,预聚体R值增大,即PUR的硬段含量增加,储能模量G′提高,软段相的玻璃化转变温度(Tg)升高,软硬相区的相容性增大;软段相对分子质量增加,PUR的G′下降,软段相的Tg降低,并出现硬段相的玻璃化转变,软硬相区的相分离程度增大。

风电叶片用单向复合材料单层厚度影响因素研究

风电叶片用单向复合材料的单层厚度是非常重要的设计参数,不准确的设计取值将使得风电叶片的主梁帽和腹板粘接厚度超差,叶片结构寿命大幅度降低。本文系统地研究了两种典型的风电叶片用单向复合材料的厚度变化规律,发现单层厚度主要受原材料种类、铺层数的影响,而一些典型的工艺参数如真空度、温度等则影响很小。研究还发现总厚度与层数存在线性关系,可以用数学模型描述。此项研究为合理使用原材料进行叶片设计打下了良好的基础。

风电叶片用结构胶粘剂粘度及触变性试验分析

风力发电是结构胶粘剂的新兴应用领域,在风电叶片的生产、组装、部件制造中有着广泛的应用,是风电叶片整体结构中的关键组成。有效地分析评价风电叶片用结构胶粘剂对于保证叶片的质量极为重要。胶粘剂的流变性是评价其质量和工艺性能的关键因素,其中粘度和触变性是两个极为重要的表征量。通过对风电叶片用结构胶粘剂在不同测试条件下的粘度和触变性试验,总结不同测试条件对胶粘剂粘度及触变性评价的影响,并提出使用触变环法评价结构胶粘剂的触变性的方法。经过分析表明,触变环法能够定性定量地表征胶体的触变性。

风电叶片用单向复合材料厚度变化研究与分析

风电叶片主梁帽通常采用单向经编织物,通过真空导入成型复合材料。由于真空导入工艺的特点以及织物参数的影响,都会对叶片设计带来一定的困难。选用国内外四种常用单行玻纤织物,研究了复合材料成型工艺和织物参数对复合材料厚度的影响。研究发现单向复合材料厚度与层数存在线性关系,而工艺参数对厚度影响不明显,织物参数对复合材料厚度有明显的影响。研究将为风电叶片设计提供一定支持,并为玻纤企业生产工艺参数调整提供了一定的借鉴意义。

碳纤维真空灌注成型用环氧树脂的流变特性分析

研究了一种用于碳纤维复合材料真空灌注成型的环氧树脂体系的流变特性，根据对等温粘度曲线的数据拟合分析，建立了粘度模型，并通过对模型参数的数据拟合推广到其他等温条件下使用。与常规玻纤用环氧树脂相比，该树脂具有显著增加的低粘度平台时间。流变模型的预测与实验结果具有良好的一致性。通过所建立的模型预测此种环氧树脂用于碳纤维真空灌注成型的最佳温度区间在50～70℃之间，为碳纤维复合材料结构件真空灌注成型成功奠定了基础。

风电叶片用真空导入型聚氨酯的性能分析

系统分析了以降低风电叶片成本为目标开发的真空导入型聚氨酯树脂,分别进行了粘度特性、工艺窗口、固化特性和力学性能的分析。分析表明该树脂体系与常用环氧树脂体系相比具有初始粘度低、进胶速率大、韧性高和粘接性能好等优点,表现为灌注时间的缩短、层合板抗压缩性能和横向性能的提高。将这一树脂体系应用于风电叶片主承力结构的制造,通过提高纤维体积含量,可进一步降低叶片的生产成本。

大型碳纤维结构件用真空导入环氧树脂的对比分析

应用真空导入成型技术制作大型碳纤维复合材料结构件是大型化风电叶片制造技术的一个重要发展方向。由于碳纤维预成型体的可渗透性远远低于玻纤预成型体,因此具有特殊性能的环氧树脂是这一技术成功的关键。本文系统分析了三种专用环氧树脂体系的适用期、固化行为和力学性能,并与普通玻纤用环氧树脂进行了对比。分析结果表明,三种专用树脂的适用期长短不一,但都大于普通树脂;环氧酸酐体系固化过程中性能建立慢的特点,使其在大型结构件的应用中存在风险;预成型体预热有助于获得高纤维体积含量和力学性能更佳的碳纤维复合材料。

风电叶片用高模玻纤的开发与应用分析

以风电叶片专用高模量玻璃纤维为研究对象,将其与E玻纤进行了纤维性能差异对比,并利用相应的玻纤单向布制备层合板,对比了层合板的力学性能和单向布的工艺性能,选取3个型号的风电叶片进行了等刚度换算。结果表明,高模玻纤具有更高的抗拉强度、弹性模量、耐化学腐蚀性以及耐疲劳强度;在特征单层厚度和垂直渗透性能相当的情况下,高模玻纤层合板的力学性能均有不同程度的提升;高模玻纤在风电叶片主梁帽中的应用使得风电叶片的质量减轻和成本降低。

碳纤维增强环氧树脂复合材料的液体成型及其性能研究

本文研究了不同温度下RIM145树脂的粘度和适用期，分析了不同温度下RIMl45树脂和碳纤维单丝之间的浸润性；并以碳纤维单向布为增强材料，采用真空辅助灌注成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂（CF／EP）复合材料，研究了复合材料的力学性能，对层间剪切试样剖断面形貌进行了SEM分析，并研究了使用VAP单向透气膜辅助真空灌注成型工艺对CF／EP复合材料厚制件灌注质量的影响。研究结果表明，RIM145树脂基体在50～70℃粘度低、适用期长且树脂与碳纤维单丝之间的浸润性良好，适用于CF／EP复合材料的真空辅助灌注成型工艺；灌注的CF／EP具有良好的力学性能，树脂和纤维具有中等粘结强度界面，采用VAP单向透气膜辅助真空辅助灌注成型工艺可降低CF／EP复合材料的孔隙率。

风电叶片用国产碳纤维预浸料工艺性能和力学性能研究

应用碳纤维制备风电叶片结构件是大型风电叶片制作技术的一个发展方向。为推动国产碳纤维的发展应用,给出了风电叶片对碳纤维预浸料的技术要求,研究了国产碳纤维预浸料和进口碳纤维预浸料的力学性能和工艺性能,通过对比分析发现,面密度低的国产碳纤维预浸料力学性能高于进口碳纤维预浸料,但面密度≥600g/m2的国内碳纤维预浸料的工艺性能较差,需要进一步改进。

CF/GF混杂复合材料性能分析及其在风电叶片上的应用

本文通过设计11组碳/玻混杂纤维复合材料（HFRP）样条的拉伸对比实验,分析研究CF与GF的不同混杂比对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着玻璃纤维中加入碳纤维相对体积分数的增大,其拉伸强度和模量也随之增大,断裂延伸率随之降低。通过理论计算,50m长风电叶片主梁帽采用碳/玻混杂复合材料比采用纯玻纤其重量可降低10%～60%,成本将提高150%～310%,而相对于整支叶片重量可降低4%～22%,相对于整机其整体成本相当甚至降低。

组合固化剂环氧树脂体系的流变性能研究

研究了一种可用两种固化剂RIMH 037和RIMH 038的环氧树脂体系的化学流变特性和放热特性,对固化剂混合比例不同的6个环氧树脂体系进行等温粘度测试和实际放热性能分析,根据对等温粘度曲线的数据拟合分析,建立预测模型,与实际工艺结合分析。在两种固化剂比例不变时,升高温度,树脂体系的适用期均先升高后降低,35℃时适用期最长;在同一温度下,两种固化剂混合使用,增加固化剂RIMH 038的混合比例,该树脂体系的适用期变化规律不明显;实际放热测试显示环氧树脂体系的适用期变化规律与流变分析结果一致。

促进剂含量对真空导入成型用环氧树脂的影响

应用流变仪和DSC分析技术,系统研究了促进剂含量对一种用于大型碳纤维复合材料结构件真空导入成型的环氧树脂体系的影响。对促进剂含量分别为0.5%、1.0%和1.5%的环氧树脂体系,分别进行了粘度特性、工艺窗口、固化特性和基本力学性能的分析。该树脂体系的最佳灌注温度并未随促进剂含量增加而变化,适用期、完全固化所需的温度和时间均随促进剂含量的增加而降低。增加促进剂含量可以降低固化温度,并保证浇铸体的力学性能基本不受影响,从而可以在普通模具中应用该环氧树脂体系。

碳玻混编单向复合材料的性能分析

采用碳纤维质量含量分别为7.4%、10.7%、13.8%的三种碳玻层间混编单向织物制备了纤维增强环氧树脂复合材料,分析了该类材料的力学性能与工艺性能。结果表明:碳玻层间混编复合材料的0°拉伸模量和0°压缩模量均随碳纤维含量的提高而升高,掺入碳纤维后碳玻混杂复合材料的0°拉伸强度比纯玻纤复合材料的有所降低,但随碳纤维含量的增加而升高,碳玻层间混编复合材料的0°压缩强度则没有明显的变化规律;掺入碳纤维后,碳玻层间混编复合材料的90°拉伸强度和模量均有所下降;低碳纤维含量的碳玻层间混编单向织物具有良好的Z向渗透性能。该类新材料未来有望在风电叶片结构减重和成本优化上发挥重要作用。

高模玻纤单向织物在风电叶片主梁帽中的应用对比

对四种高模玻纤分别进行了浸胶纱的拉伸性能、层合板的单层厚度及0°拉伸性能的研究,并对四种高模玻纤对工字梁刚度的影响进行了模型分析。四种高模玻纤具有相近的原纱拉伸模量,层合板在等纤维体积含量下具有相近的0°拉伸模量,但是在真空导入成型工艺中,由于单层厚度的差异导致纤维体积分数不同,从而具有不同的0°拉伸模量。在应用于同样铺层的工字梁时,单层厚度为0.78mm的高模玻纤层合板对应的工字梁刚度比单层厚度为0.83mm的高模玻纤层合板增加约6%。

碳纤维复合材料在风电叶片中的应用

一．风力发电的发展趋势 随着世界经济的发展，作为前景潜力巨大的可再生能源之一，风能越来越受到世界各国的重视。图1显示了近10年的全球风电总装机容量，可以看出，风电产业呈现了迅猛发展的态势。据估计，在未来20年内，世界风能市场每年将递增25％，2020年风力发电量将占世界总发电量的11．81％。

热塑性复合材料风电叶片的研究进展

随着社会经济的发展和能源的日益枯竭，大力发展清洁能源已成为世界各国的战略选择，风能因具有可再生、无污染、能量大、前景广等特点，而在全球范围内受到了广泛关注。其中，风力发电是风能利用的重要形式，风电技术装备是风电产业的重要组成部分，也是风电产业发展的基础和保障。目前，世界各国纷纷采取激励措施推动本国风电技术装备行业的发展，我国风电技术装备行业已经取得较大成绩。

聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带在风电叶片制造过程中的应用分析

研究了聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带作为脱模介质对玻璃钢表面的影响以及对风电叶片制造成本的影响。从接触角、拉剪性能和对不同涂层的附着力这三大方面,对比了分别使用聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带、尼龙脱模布、光滑和砂纸打磨这四种方式获得的玻璃钢表面性能。研究结果表明:使用聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带获得的玻璃钢表面润湿性一般;玻璃钢使用聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带脱模可获得与使用脱模布相当的拉剪性能;使用聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带获得的玻璃钢表面涂装附着力与其他方式持平。经济性分析表明国产聚四氟乙烯/玻璃纤维胶带在模具上的应用有望降低风电叶片的制造成本。

聚乳酸/聚氧化乙烯共混体系的热行为和力学性能及流变行为

采用熔融共混方法制备了聚乳酸与聚氧化乙烯的共混物.细致研究了重均分子量分别为2 kDa、10kDa1、00 kDa和600 kDa的聚氧化乙烯对聚乳酸的改性效果,并使用DSC、DMA及旋转流变仪等分析了共混物的相容性、热行为、力学性能和流变行为.结果表明,在聚氧化乙烯的组分含量不超过20 wt%的前提下,共混体系保持为完全相容体系,当聚氧化乙烯的分子量超过10 kDa时,其对聚乳酸的增塑效果,不随分子量增加而降低;增加聚氧化乙烯的分子量,可以提高材料的弹性模量和熔体强度.

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料,研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中,碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高,不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂,碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关,与碳纤维的含量基本无关。