CN112778705A - 一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用，所述环氧树脂组合物由环氧树脂(A)、酸酐固化剂(B)和添加剂(C)组成；其中，所述添加剂(C)选自增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂、促进剂中的一种或几种。本发明的环氧树脂组合物，通过对组分和用量进行合理搭配，使得环氧树脂组合物具有较高的反应速度、较长的操作时间以及韧性，适合拉挤工艺；将该环氧树脂组合物和增强纤维复合，进而制得性能优异的复合材料，进一步用来制备风电叶片大梁，在风电领域具有较大的经济价值和市场前景。

Description

一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及环氧树脂及其固化剂领域，尤其涉及一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用。
背景技术
风力发电是近些年来大家比较关注的热点，而风力发电的主要材料就是风电叶片，目前对于风电行业，制造轻量的高强度及高模量的大尺寸叶片依然是风机厂商的主要关注点之一。传统的风电叶片主梁采用的是玻璃纤维和树脂采用灌注工艺固化而成，维斯塔斯发现采用拉挤成型的碳纤板条来做叶片的大梁，可以大大的减轻叶片的重量，而且强度和模量更高，但是碳纤维价格昂贵。
通过对拉挤玻纤板条的研究，发现板材的强度和模量较高，为充当风电叶片大梁提供了可能；对拉挤工艺成型的玻纤板条作为叶片进行详细设计，实现设计和工艺的匹配性。玻纤拉挤板条能够实现玻璃纤维模量强度利用的最大化，能够为设计取值提供更大的空间，进而实现叶片的大尺寸、低重量要求。另外由玻纤拉挤板条铺放工艺代替传统的单轴布铺放工艺来制作叶片大梁，能够更大限度地实现材料、人员、时间等方面资源更大的节约。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种环氧树脂组合物及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明第一方面提供一种环氧树脂组合物，所述环氧树脂组合物由环氧树脂(A)、酸酐固化剂(B)和添加剂(C)组成；
其中，所述添加剂(C)选自增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂、促进剂中的一种或几种。
优选地，所述环氧树脂(A)、酸酐固化剂(B)和添加剂(C)的质量比为100:(80-100):(1-43)。
优选地，所述环氧树脂(A)选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或几种。所述环氧树脂(A)优选双酚A型环氧树脂，可通过商业方式购买得到，如昆山南亚生产并公开销售的E51，E54型环氧树脂。
优选地，所述酸酐固化剂(B)选自桐油酸酐、四氢苯酐、甲基四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、内亚甲基四氢苯酐、甲基内亚甲基六氢苯酐、戊二酸酐、萜烯酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或几种。所述酸酐固化剂(B)优选甲基四氢苯酐，可通过商业方式购买得到。
优选地，所述添加剂(C)为增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂的混合物；所述增韧剂优选核壳类增韧剂，促进剂优选咪唑类促进剂，脱模剂、偶联剂、消泡剂都是常见的原材料，均可通过商业方式购买。
优选地，所述添加剂(C)由增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂按照质量比(0-30):(0.5-4):(0-2):(0-2):(0.5-5)混合而成。
本发明第二发明提供上述环氧树脂组合物的制备方法，包括如下步骤：
按照上述质量比将所述环氧树脂(A)加入到反应釜中，控温加热；再加入所述酸酐固化剂(B)和添加剂(C)，持续搅拌至混合均匀，制得环氧树脂组合物。
优选地，所述控温加热的温度≤70℃；所述搅拌时间≥30min。
优选地，当所述添加剂(C)由增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂按照质量比(0-30):(0.5-4):(0-2):(0-2):(0.5-5)混合而成时，所述添加剂(C)的具体制备过程为：按照上述质量比将所述增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂加入到反应釜中，搅拌均匀，静置后制得添加剂(C)。
优选地，所述搅拌时间≥15min，所述静置时间≥30min。
本发明第三方面提供一种用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料，所述复合材料包括增强纤维和上述环氧树脂组合物，所述增强纤维的重量份数为75-85份，所述环氧树脂组合物的重量份数为15-25份。
优选地，所述增强纤维为玻璃纤维或玻璃纤维和碳纤维的混合物。
本发明第四方面提供一种用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按照如上述复合材料中各组分的重量份数准备环氧树脂组合物和增强纤维；
S2、利用拉挤成型技术，将所述增强纤维用环氧树脂组合物浸润，在牵引机的牵引下通过模具，加热，在模具中固化，制得用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料。
优选地，所述模具采用三段加热，所述加热温度分别为140-160℃、170-190℃、180-200℃，拉挤速度为400-600mm/min。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的环氧树脂组合物，通过对组分和用量进行合理搭配，使得环氧树脂组合物具有较高的反应速度、较长的操作时间以及韧性，适合拉挤工艺；将该环氧树脂组合物和增强纤维复合，进而制得性能优异的复合材料，进一步用来制备风电叶片大梁，在风电领域具有较大的经济价值和市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本发明环氧树脂组合物的制备过程如下：
(1)按照添加剂(C)中各组分的重量份数称取5份增韧剂、2份脱模剂、0.5份消泡剂、1份偶联剂、2份促进剂，搅拌20min，静置30min，备用；
(2)按照环氧树脂(A):酸酐固化剂(B):添加剂(C)＝100:(80-100):(1-43)称取100份南亚E51树脂，加入到反应釜中，控制温度65℃，称取85份四氢甲基苯酐、步骤1制得的添加剂(C)，依次加入到反应釜中，持续搅拌均匀，即得到环氧树脂组合物，命名为HB-1。
本实施例中制得的环氧树脂组合物150℃凝胶时间54s，反应放热峰温度140℃，25℃断裂伸长率为5.6％，25℃粘度翻倍时间8.9h。
实施例2
本发明环氧树脂的制备过程如下：
(1)按照添加剂(C)中各组分的重量份数称取5份增韧剂、2份脱模剂、0.5份消泡剂、1份偶联剂、2份促进剂，搅拌20min，静置30min，备用；
(2)按照环氧树脂(A):酸酐固化剂(B):添加剂(C)＝100:(80-100):(1-43)称取100份南亚E51树脂，加入到反应釜中，控制温度65℃，称取90份四氢甲基苯酐、步骤1制得的添加剂(C)，依次加入到反应釜中，持续搅拌均匀，即得到环氧树脂组合物，命名为HB-2。
本实施例中制得的环氧树脂组合物150℃凝胶时间50s，反应放热峰温度138℃，25℃断裂伸长率5.8％，25℃粘度翻倍时间8.5h。
实施例3
本发明环氧树脂的制备过程如下：
(1)按照添加剂(C)中各组分的重量份数称取10份增韧剂、2份脱模剂、0.5份消泡剂、1份偶联剂、2份促进剂，搅拌20min，静置30min，备用；
(2)按照环氧树脂(A):酸酐固化剂(B):添加剂(C)＝100:(80-100):(1-43)称取100份南亚E51树脂，加入到反应釜中，控制温度65℃，称取85份四氢甲基苯酐、步骤1制得的添加剂(C)，依次加入到反应釜中，持续搅拌均匀，即得到环氧树脂组合物，命名为HB-3。
本实施例中制得的环氧树脂组合物150℃凝胶时间58s，反应放热峰温度141℃，25℃断裂伸长率6.2％，25℃粘度翻倍时间8.7h。
实施例4
本发明环氧树脂的制备过程如下：
(1)按照添加剂(C)中各组分的重量份数称取5份增韧剂、2份脱模剂、0.5份消泡剂、1份偶联剂、3份促进剂，搅拌20min，静置30min，备用；
(2)按照环氧树脂(A):酸酐固化剂(B):添加剂(C)＝100:(80-100):(1-43)称取100份南亚E51树脂，加入到反应釜中，控制温度65℃，称取85份四氢甲基苯酐、步骤1制得的添加剂(C)，依次加入到反应釜中，持续搅拌均匀，即得到环氧树脂组合物，命名为HB-4。
本实施例中制得的环氧树脂组合物150℃凝胶时间47s，反应放热峰温度135℃，25℃断裂伸长率5.5％，25℃粘度翻倍时间8.2h。
实施例5
本发明复合材料的制备过程如下：
S1、准备20份实施例1制得的HB1环氧树脂组合物和80份玻璃纤维增强材料(该增强材料为泰山玻璃纤维有限公司销售的HMG纤维)；
S2、按照复合材料拉挤成型技术，将HMG玻璃纤维用HB1环氧树脂组合物浸润，在牵引机的牵引下通过模具，模具型腔尺寸长1000mm、宽105mm、高5mm，模具三区温度150℃、190℃、180℃，在模具中固化，即得实施例5复合材料，命名为FG-1。
实施例6
本发明复合材料的制备过程如下：
除选用实施例2制得的HB-2代替实施例1制得的HB-1作为环氧树脂足组合物浸润增强材料外，以与实施例5相同的方法制得实施例6的复合材料，所得复合材料命名FG-2。
实施例7
本发明复合材料的制备过程如下：
除选用实施例3制得的HB-2代替实施例1制得的HB-1作为环氧树脂足组合物浸润增强材料外，以与实施例5相同的方法制得实施例7的复合材料，所得复合材料命名FG-3。
对比例1
现有技术中环氧树脂组合物的制备过程如下：
按照环氧树脂(A):酸酐固化剂(B)＝100:(80-100)称取100份南亚E51树脂，加入到反应釜中，控制温度65℃，称取85份甲基四氢苯酐和环氧树脂混合搅拌均匀，即得环氧树脂组合物，命名为V-1。
在本对比例中，制得的环氧树脂组合物150℃凝胶时间100s，反应放热峰温度160℃，25℃断裂伸长率3.2％，25℃粘度翻倍时间10h。
对比例2
现有技术的环氧树脂组合物的制备过程如下：
采用陶氏生产销售的550E/550H环氧树脂组合物作为对比例2，所得环氧树脂组合物命名为V-2。
对比例3
现有技术复合材料的制备过程如下：
除选用对比例1制得的V-1代替实施例1制得的HB-1作为环氧树脂足组合物浸润增强纤维外，以与实施例5相同的方法制得对比例3的复合材料，所得复合材料命名FP-1。
对比例4
现有技术复合材料的制备过程如下：
除选用对比例2制得的V-2代替实施例1制得的HB-1作为环氧树脂足组合物浸润增强纤维外，以与实施例5相同的方法制得对比例4的复合材料，所得复合材料命名FP-2。
应用例
性能测试实验：
1、环氧组合物的性能测试
根据相关国家测试标准方法进行测试，分别测试上述对比例1制得的V-1和实施例1-4制得的HB-1至HB-4的性能参数，实验结果如表1所示：
表1
测试项目 测试方法 V-1 HB-1至HB-4
放热峰温度(℃) GB/T12007.6-2008 160 135-142℃
150℃凝胶时间(s) GB/T33315-2006 100 40-60
25℃混合粘度(mPa.s) GB/T22314-2008 1010 700-900
25℃粘度翻倍时间(h) GB/T22314-2008 10 ＞8h
拉伸强度(MPa) GB/T2567-2008 68 ＞75
拉伸模量(MPa) GB/T2567-2008 2800 ＞2900
断裂伸长率(％) GB/T2567-2008 3.2 ＞5.5
弯曲强度(MPa) GB/T2567-2008 98 100-110
弯曲模量(MPa) GB/T2567-2008 2800 ＞2900
由表1中数据可知，本发明的环氧树脂组合物的综合性能均优于对比例中相应参数。其中，本发明的环氧树脂组合物具有较低的反应放热峰、较高的反应速度和较长的适用期，符合快速拉挤成型的特点。
2、复合材料性能测试
根据相关测试标准，分别对上述实施例5-7制得的FG-1至FG-3和对比例3-4制得的FP-1至FP-2的各项性能参数进行相同条件的平行试验测试，实验结果如表2所示：
表2
Figure BDA0002880507260000071
由表2中数据可知，与现有技术相比，采用本发明的环氧树脂组合物制得的复合材料，具有优异的静力性能和疲劳性能，能够满足作为风电叶片大梁的强度和疲劳要求。
综上所述，本发明公的环氧树脂组合物通过组分间的协同作用使得该环氧树脂组合物具有较低的放热峰温度、较快的反应速度、较长的适用期，适用拉挤成型工艺，通过该技术制备以纤维增强材料和本发明环氧树脂组合物为基础材料的复合材料，使最终制得的复合材料具有优异的静力性能和疲劳性能，用于风电叶片大梁，具有良好的应用前景和市场价值。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂组合物由环氧树脂(A)、酸酐固化剂(B)和添加剂(C)组成；
其中，所述添加剂(C)选自增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂、促进剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂(A)、酸酐固化剂(B)和添加剂(C)的质量比为100:(80-100):(1-43)。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂(A)选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂肪族环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述酸酐固化剂(B)选自桐油酸酐、四氢苯酐、甲基四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、内亚甲基四氢苯酐、甲基内亚甲基六氢苯酐、戊二酸酐、萜烯酸酐、纳迪克酸酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述添加剂(C)为增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂的混合物。
6.根据权利要求5所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述添加剂(C)由增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂按照质量比(0-30):(0.5-4):(0-2):(0-2):(0.5-5)混合而成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照上述质量比将所述环氧树脂(A)加入到反应釜中，控温加热；再加入所述酸酐固化剂(B)和添加剂(C)，持续搅拌至混合均匀，制得环氧树脂组合物。
8.根据权利要求7所述的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述控温加热的温度≤70℃；所述搅拌时间≥30min。
9.根据权利要求7所述的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，当所述添加剂(C)由增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂按照质量比(0-30):(0.5-4):(0-2):(0-2):(0.5-5)混合而成时，所述添加剂(C)的具体制备过程为：按照上述质量比将所述增韧剂、脱模剂、偶联剂、消泡剂和促进剂加入到反应釜中，搅拌均匀，静置后制得添加剂(C)。
10.根据权利要求9所述的环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间≥15min，所述静置时间≥30min。
11.一种用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料，其特征在于，所述复合材料包括增强纤维和权利要求1-6任一项所述的环氧树脂组合物，所述增强纤维的重量份数为75-85份，所述环氧树脂组合物的重量份数为15-25份。
12.根据权利要求11所述的用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料，其特征在于，所述增强纤维为玻璃纤维或玻璃纤维和碳纤维的混合物。
13.一种用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照如权利要求11所述的复合材料中各组分的重量份数准备环氧树脂组合物和增强纤维；
S2、利用拉挤成型技术，将所述增强纤维用环氧树脂组合物浸润，在牵引机的牵引下通过模具，加热，在模具中固化，制得用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料。
14.根据权利要求13所述的用于制造拉挤风电叶片大梁的复合材料的制备方法，其特征在于，所述模具采用三段加热，所述加热温度分别为140-160℃、170-190℃、180-200℃，拉挤速度为400-600mm/min。
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