CN114851661B - 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法 - Google Patents

一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114851661B
CN114851661B CN202210475235.0A CN202210475235A CN114851661B CN 114851661 B CN114851661 B CN 114851661B CN 202210475235 A CN202210475235 A CN 202210475235A CN 114851661 B CN114851661 B CN 114851661B
Authority
CN
China
Prior art keywords
molecular weight
polyurethane adhesive
ultra
high molecular
weight polyethylene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210475235.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114851661A (zh
Inventor
徐新峰
史晓青
张国栋
周虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Tengshen Technology Development Co ltd
Original Assignee
Ningbo Tengshen Technology Development Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Tengshen Technology Development Co ltd filed Critical Ningbo Tengshen Technology Development Co ltd
Priority to CN202210475235.0A priority Critical patent/CN114851661B/zh
Publication of CN114851661A publication Critical patent/CN114851661A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114851661B publication Critical patent/CN114851661B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D7/00—Producing flat articles, e.g. films or sheets
    • B29D7/01—Films or sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/12—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising natural rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/14—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising synthetic rubber copolymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/16—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising polydienes homopolymers or poly-halodienes homopolymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B25/00—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber
    • B32B25/18—Layered products comprising a layer of natural or synthetic rubber comprising butyl or halobutyl rubber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00—Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04—Interconnection of layers
    • B32B7/12—Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J7/00—Chemical treatment or coating of shaped articles made of macromolecular substances
    • C08J7/12—Chemical modification
    • C08J7/123—Treatment by wave energy or particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J175/00—Adhesives based on polyureas or polyurethanes; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J175/04—Polyurethanes
    • C09J175/06—Polyurethanes from polyesters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/303—Details of the leading edge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/40—Organic materials
    • F05B2280/4003—Synthetic polymers, e.g. plastics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2280/00—Materials; Properties thereof
    • F05B2280/40—Organic materials
    • F05B2280/4004—Rubber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法，该复合膜包括超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层，以及位于超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层之间的聚氨酯胶粘剂层；超高分子量聚乙烯层厚度0.3‑0.8mm，橡胶缓冲层厚度0.2‑0.8mm，聚氨酯胶粘剂层厚度0.03‑0.05mm；所述聚氨酯胶粘剂层通过水性双组份聚氨酯胶粘剂形成。本发明通过选择聚酯多元醇与多异氰酸酯类化合物得到活性高、粘结性能好的水性双组份聚氨酯胶粘剂，针对超高分子量聚乙烯采用电晕或者等离子处理方式提高其表面活性，以及分步施加胶粘剂得到层间粘接性能优异的复合膜，有效解决了超高分子量聚乙烯表面难以粘接的技术问题，充分发挥超高分子量聚乙烯层优良耐磨性和耐候性等综合性能。

Description

一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法
技术领域
本发明属于风机叶片保护技术领域，涉及用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法，尤其涉及包括超高分子量聚乙烯层的复合膜及其生产方法。
背景技术
超高分子量聚合物是指分子量极高的高分子材料，具有优越的综合性能，尤其是具备普通高分子材料所没有的优异性能。比如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种具有抗冲击性、耐磨性、自润滑性、无毒性、化学惰性、耐低温性等优良性能的新型热塑性工程材料，广泛应用于纺织、造纸、食品、化工、包装、建筑、医疗、军事等领域。
风电叶片是风力发电机的核心部件之一，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风电机组正常稳定运行的决定因素。随着风电叶片的大型化趋势，主流型号已经可以到达90米的长度，风电叶片在运行中其叶尖线速度可达100m/s。如此高的速度下风电叶片尤其是叶片的前缘部分会遭受来自空气中的风沙、盐雾、雨滴的侵蚀，造成表面保护材料磨损，进而叶片基材出现砂眼甚至胶粘剂磨穿等现象，使得叶片气动性能下降，影响发电效率，甚至导致叶片破裂或断裂，因此对叶片前缘部位采取保护措施非常必要。
将综合性能优异的超高分子量聚乙烯用于风电叶片的生产和保护成为目前技术热点。然而，超高分子量聚乙烯的加工性能差，本领域通常采用加入多种助剂的方式以降低分子量而使其便于成型，但分子量的降低容易导致其综合性能的下降，无法满足风电叶片等严苛条件下产品的使用需求；或者非连续的、低效率的成型方式以维持其高分子量，但却难以大规模、连续化生产。此外，超高分子量聚乙烯的粘结性能不佳，极大限制了该材料与其他材料的配合及广泛应用，本领域技术人员使用多种粘合剂以期获得满意的粘结效果，但普通的粘合方式难以实现超高分子量聚乙烯与其他材料的稳定接合。
专利CN109016449A中采用具有偏心芯棒的挤出机，利用拉伸流变作用力将超高分子量聚乙烯原料熔融塑化并输送至基于动态延展的挤压成型模头，熔体在挤压成型模头中先形成壁厚非均匀的较大直径管状胚，管状胚壁厚较大的部分在偏心旋转芯棒的径向挤压作用下沿轴向不断延展压缩至均匀或趋于均匀，加之逐步收敛的挤压成型模头对原料也存在沿轴向的延展力，最终将超高分子量聚乙烯挤压成型为壁厚均匀的管状胚；之后利用挤出机下游的片材压延辊组将三维管状胚辊压为二维片材。通过上述方式，将超高分子量聚乙烯的分子量保持在350万以上，不损害其综合性能。但该专利所制备的超高分子量聚乙烯材料主要是单独使用，并不涉及如何提高超高分子量聚乙烯材料的粘结性能及形成复合结构，导致超高分子量聚乙烯材料的应用受限。
专利CN108025519B公开了一种制造风轮机叶片的方法，其风轮机叶片还包括防蚀护罩，所述防蚀护罩在叶片前缘的至少一部分沿着所述风轮机叶片的外表面延伸，所述防蚀护罩包括内层以及外层，所述内层包括第一热塑性材料，所述外层包括第二热塑性材料并被附接到所述内层的所述第一热塑性材料上，所述内层的所述第一热塑性材料是所述叶片壳体的组成部分，且外层的第二热塑性材料可选超高分子量聚乙烯。上述附接可选粘合剂附接方式。然而，该发明并不涉及针对超高分子量聚乙烯这种难粘接材料的表面处理，也没有公开针对超高分子量聚乙烯的粘合剂种类及施加方式。当采用超高分子量聚乙烯作为防蚀护罩外层时，其粘结效果难以得到保障。
专利CN105856590A公开了一种复合真空袋膜，包括：内层薄膜；所述内层薄膜包括超高分子量聚乙烯薄膜；复合在所述内层薄膜上面的中间层；复合在所述中间层上面的外层薄膜，中间层为胶粘剂层，胶粘剂包括聚氨酯类胶粘剂、聚丙烯酸酯类胶粘剂、环氧树脂类胶粘剂和热熔胶中的一种或多种。本发明提供的复合真空袋膜可以进行多次循环利用，具有较好的力学强度、气密性能和抗穿刺强度。但是本专利并未涉及超高分子量聚乙烯层表面处理等手段用以提高其层间粘结强度，导致复合材料的层间接合强度以及产品整体力学性能较差，难以满足风电叶片等长期用于外部条件复杂而恶劣的环境中。
综上，提供高质高效的生产方法，在保证超高分子量聚乙烯综合性能的基础上，赋予包括超高分子量聚乙烯层的复合膜层间及对外良好的粘结性能，以期将该复合膜用于保护风机叶片前缘，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种层间粘合稳定、耐磨性和耐候性等综合性能优异的用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法。
具体的，本发明提供了一种用于风机叶片前缘保护的复合膜，包括超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层，以及位于上述超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层之间的聚氨酯胶粘剂层；上述超高分子量聚乙烯层厚度0.3-0.8mm，优选0.4-0.6mm，橡胶缓冲层厚度0.2-0.8mm，优选0.4-0.6mm，聚氨酯胶粘剂层厚度粘合剂层的厚度0.03-0.05mm；所述聚氨酯胶粘剂层通过水性双组份聚氨酯胶粘剂形成，所述水性双组份聚氨酯胶粘剂为聚酯多元醇与多异氰酸酯类化合物的反应产物。
进一步的，橡胶缓冲层包含天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶中的至少一种。根据产品耐热、耐候等耐老化需求，优选三元乙丙橡胶，其主链是由化学稳定的饱和烃组成，只在侧链中含有不饱和双键，其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异。
进一步的，聚酯多元醇的分子量为1000-4000g/mol，包括包含至少两个羟基末端基团的芳族和/或脂族聚酯多元醇，聚酯多元醇可通过例如多元醇组分与酸组分之间的酯化反应而获得。优选的，在与多异氰酸酯反应之前，其羟基值大于30mgKOH/g且小于80mgKOH/g，优选大于40mgKOH/g且小于60mgKOH/g。
其中，脂族聚酯多元醇包含含有4-7个碳原子的亚烷基基团重复单元和末端酯基或通过酯键键合的多于一个含有4-7个碳原子的亚烷基基团和末端酯基基团。
也可采用芳族聚酯多元醇，芳族聚酯多元醇可通过使芳族二羧酸与脂族二醇聚合来制备。所述芳族聚酯多元醇的重复单元包含通过酯键键合至脂族二醇的含有1-7个碳原子的亚烷基基团的二羧酸的芳族基团，其中，六元环与具有至少4个碳原子的亚烷基基团的摩尔比在1.5:1至1:1.5。
优选的，用于产生芳族或脂族聚酯多元醇的脂族二醇中的至少一种包含含有4-7个碳原子的直链或支链亚烷基基团，且直链亚烷基基团是更为优选的。当芳族聚酯多元醇由间苯二甲酸或邻苯二甲酸制备时，聚酯多元醇往往具有低的玻璃化转变温度，在25℃表现为(无定形)粘滞液体。此外，上述多元醇也可选择聚己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇。
进一步的，多异氰酸酯类化合物包括脂族多异氰酸酯化合物、脂族环状多异氰酸酯化合物和芳族多异氰酸酯化合物。脂族多异氰酸酯化合物例如六亚甲基二异氰酸酯；芳族异氰酸酯化合物包含邻芳族异氰酸酯化合物或间芳族异氰酸酯化合物，诸如1,4-亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、间四亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)或它们的混合物。也可使用脂族多异氰酸酯化合物、脂族环状多异氰酸酯化合物和芳族多异氰酸酯化合物中至少两种的混合物。
另一方面，本发明提供了一种用于风机叶片前缘保护的复合膜的生产方法，包括以下步骤：
S1：制备水性双组份聚氨酯胶粘剂，固含量为40-60％，pH值为7-9；
S2：施加上述水性双组份聚氨酯胶粘剂到超高分子量聚乙烯层，干燥得到中间复合膜；
S3：将橡胶缓冲层与上述中间复合膜热辊压复合，复合温度80-120℃；
S4：将上述热辊压复合的膜冷却至常温，并收卷；
S5：熟化5-7天，温度40-50℃。
进一步的，所述水性双组份聚氨酯胶粘剂通过以下步骤制备：
S1.1在反应釜中加入过量的聚酯多元醇、多异氰酸酯以及亲水性扩链剂，温度加热至70-100℃，优选85-95℃，反应2-4小时，冷却至室温；
S1.2将冷却后的物料转移至高速乳化釜，加入中和剂进行乳化制得端羟基聚氨酯水性分散体；
S1.3将上述端羟基聚氨酯转入到高速分散釜中，加入消泡剂、流平剂以及耐老化助剂，分散30-60分钟，过滤收装；
S1.4加入水性多异氰酸酯交联剂，混合均匀。
进一步的，由于超高分子量聚乙烯的粘结性能不佳，在其表面施加水性双组份聚氨酯胶粘剂之前，需要对超高分子量聚乙烯层进行表面处理，使表面达因值大于40。尽管本领域表面处理方法众多，但超高分子量聚乙烯材料表面平整、均匀、光滑，化学性质稳定，普通的表面处理方法收效甚微，本发明优选对其表面电晕处理或等离子处理等高能表面处理。
电晕处理条件为：20000-40000V/㎡电压，速率5-7m/min；
等离子处理，处理条件为：功率50-200W，氧气通量0.5-5L/min，压强15-30Pa，处理时间为2-5min。
电晕处理超高分子量聚乙烯表面，是利用(高频/中频)高压电源产生电晕释放现象，通过放电过程，两极间的氧电离，产生强氧化剂臭氧，可立即氧化超高分子量聚乙烯的表面分子，使其由非极性转化为极性，提高表面润湿张力；且电子冲击后，表面产生微型密集凹穴，达到粗化表面以提高表面活性的效果。从而总体上明显提高超高分子聚乙烯表面的粘结性能，为后续施加水性双组份聚氨酯胶粘剂做好准备。
等离子处理超高分子量聚乙烯表面，不仅能通过彻底的表面清洁而提高粗糙度，还能够使惰性表面产生羟基、羧基等活性基团，且容易实现在线处理，有利于生产连续进行。
进一步的，为了配合已表面处理的超高分子量聚乙烯层的物理结构和化学性能，采用分步施加水性双组份聚氨酯胶粘剂到超高分子量聚乙烯层的方式，包括：
S2.1压力辊涂第一层聚氨酯胶粘剂层，80-100℃干燥，所述第一层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度10-30％。通过上述压力辊涂及预干燥，使上述聚氨酯胶粘剂薄层充分进入并浸润超高分子量聚乙烯表面，一方面能够与超高分子量聚乙烯表面的凹凸物理结构形成机械锚固，另一方面能够与超高分子量聚乙烯表面的活性基团键合，从而形成更为牢固而稳定的粘结结构。
S2.2涂覆第二层聚氨酯胶粘剂层，100-120℃干燥，所述第二层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度70-90％。第二层聚氨酯胶粘剂的施加，提供了胶粘剂层足够的粘合厚度和强度，以实现将橡胶层与超高分子量聚乙烯层有效接合的效果。
本发明的优点具体在于：
1)本发明采用分子量保持在350万以上的超高分子量聚乙烯层，相应的，选择聚酯多元醇与多异氰酸酯类化合物的反应得到活性高、粘结性能好的水性双组份聚氨酯胶粘剂，从而实现对超高分子量聚乙烯层的粘接复合。
2)针对超高分子量聚乙烯的稳定性和难加工性，采用电晕处理、等离子处理这样高能表面处理方式，有效提高了超高分子量聚乙烯的表面活性，有利于整体提升复合膜的层间接合强度。
3)针对上述表面处理的超高分子量聚乙烯层，分步施加胶粘剂，使第一层胶粘剂充分进入并润湿超高分子量聚乙烯的活性表面，实现物理锚固和化学键合相结合的接合方式，以及利用第二层胶粘剂的施加来整体调整胶粘剂层的厚度及粘合强度等因素，得到层间粘接性能优异的复合膜。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1示出根据本发明用于风机叶片前缘保护的复合膜生产方法的全流程图；
图2示出根据本发明的复合膜应用在风电叶片前缘部分的示意图。
附图标记说明：A-超高分子量聚乙烯层，B-橡胶缓冲层，C-聚氨酯胶粘剂层，F-风电叶片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图将对本发明作进一步地详细描述。
一种用于风机叶片前缘保护的复合膜，依次包括超高分子量聚乙烯层A、聚氨酯胶粘剂层C和橡胶缓冲层B。
超高分子量聚乙烯层A厚度0.3-0.8mm，优选0.4-0.6mm，其中，超高分子量聚乙烯的分子量保持在350万以上。
聚氨酯胶粘剂层C厚度0.03-0.05mm；聚氨酯胶粘剂层C通过水性双组份聚氨酯胶粘剂形成，所述水性双组份聚氨酯胶粘剂为聚酯多元醇与多异氰酸酯类化合物的反应产物。聚酯多元醇的分子量为1000-4000g/mol，包括包含至少两个羟基末端基团的芳族和/或脂族聚酯多元醇。可选的，脂族聚酯多元醇包含含有4-7个碳原子的亚烷基基团重复单元和末端酯基或通过酯键键合的多于一个含有4-7个碳原子的亚烷基基团和末端酯基基团。或者，芳族聚酯多元醇的重复单元包含通过酯键键合至脂族二醇的含有1-7个碳原子的亚烷基基团的二羧酸的芳族基团，其中，六元环与具有至少4个碳原子的亚烷基基团的摩尔比在1.5:1至1:1.5。
橡胶缓冲层B厚度0.2-0.8mm，优选0.4-0.6mm，橡胶缓冲层B包含天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶中的至少一种，优选三元乙丙橡胶。
用于风机叶片前缘保护的复合膜的生产方法，包括以下步骤：
S1:制备水性双组份聚氨酯胶粘剂。
S1.1在反应釜中加入过量的聚酯多元醇、多异氰酸酯以及亲水性扩链剂，温度加热至70-100℃，优选85-95℃，反应2-4小时，冷却至室温；
S1.2将冷却后的物料转移至高速乳化釜，加入中和剂进行乳化制得端羟基聚氨酯水性分散体；
S1.3将上述端羟基聚氨酯转入到高速分散釜中，加入消泡剂、流平剂以及耐老化助剂，分散30-60分钟，过滤收装；
S1.4加入水性多异氰酸酯交联剂，混合均匀。
通过上述步骤所制备的水性双组分聚氨酯胶粘剂的固含量为40-60％，pH值为7-9；
优选的，对超高分子量聚乙烯层进行表面处理，使表面达因值大于40。更优选的，对其表面进行电晕处理或等离子处理：
电晕处理条件为：20000-40000V/㎡电压，速率5-7m/min；
等离子处理，处理条件为：功率50-200W，氧气通量0.5-5L/min，压强15-30Pa，处理时间为2-5min。
S2：施加水性双组份聚氨酯胶粘剂到超高分子量聚乙烯层，采用分步施加的方式，包括：
S2.1压力辊涂第一层聚氨酯胶粘剂层，80-100℃干燥，第一层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度10-30％；
S2.2涂覆第二层聚氨酯胶粘剂层，100-120℃干燥，所述第二层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度70-90％。
S3：将橡胶缓冲层与中间复合膜热辊压复合，复合温度80-120℃。
S4：将热辊压复合的膜冷却至常温，并收卷。
S5：熟化5-7天，温度40-50℃，制备得到该复合膜。
实施例1
超高分子量聚乙烯层A厚度0.5mm，聚氨酯胶粘剂层C厚度0.04mm；橡胶缓冲层B厚度0.5mm，橡胶缓冲层为三元乙丙橡胶层。
用于风机叶片前缘保护的复合膜的生产方法，包括以下步骤：
S1:制备水性双组份聚氨酯胶粘剂：
S1.1在反应釜中加入过量的聚酯多元醇、多异氰酸酯以及亲水性扩链剂，温度加热至90±2℃，反应2.5小时，冷却至室温；
S1.2将冷却后的物料转移至高速乳化釜，加入中和剂进行乳化制得端羟基聚氨酯水性分散体；
S1.3将上述端羟基聚氨酯转入到高速分散釜中，加入消泡剂、流平剂以及耐老化助剂，分散40分钟，过滤收装；
S1.4加入水性多异氰酸酯交联剂，混合均匀。
通过上述步骤所制备的水性双组分聚氨酯胶粘剂的固含量约为45±5％，pH值约为8；
同时，对超高分子量聚乙烯层进行进行电晕处理，使其表面达因值达到约45±2，电晕处理条件为：30000V/㎡电压，速率5m/min；
S2：施加水性双组份聚氨酯胶粘剂到超高分子量聚乙烯层，采用分步施加的方式，包括：
S2.1压力辊涂第一层聚氨酯胶粘剂层，约85℃干燥，使第一层聚氨酯胶粘剂层的厚度约为0.01mm；
S2.2涂覆第二层聚氨酯胶粘剂层，约100℃干燥，第二层聚氨酯胶黏剂层厚度约为0.03mm，干燥后得到中间复合膜。
S3：将橡胶缓冲层与中间复合膜热辊压复合，复合温度约110℃。
S4：将热辊压复合的膜冷却至常温，并收卷。
S5：熟化5-7天，温度40-50℃，制备得到该复合膜。
实施例2
与实施例1具有相同的生产方法，主要是超高分子量聚乙烯层A和橡胶缓冲层B的厚度有所不同。本实施例中，超高分子量聚乙烯层A厚度0.3mm，聚氨酯胶粘剂层C厚度0.04mm；三元乙丙橡胶缓冲层B厚度0.7mm。
实施例3
与实施例1具有相同的生产方法，主要是超高分子量聚乙烯层A和橡胶缓冲层B的厚度有所不同。本实施例中，超高分子量聚乙烯层A厚度0.7mm，聚氨酯胶粘剂层C厚度0.04mm；三元乙丙橡胶缓冲层B厚度0.3mm。
性能测试
力学性能测试标准：GB/T528
层间剥离强度测试标准：GB/T2791
表1：实施例1-3测试结果
本发明生产的用于风机叶片前缘保护的复合膜具有较好的层间粘合性能及综合力学性能，能够提供长期的受力保护，满足严苛及恶劣的应用环境的需求，除了用于风电叶片，本发明的复合膜也能够用于车辆部件、军工装备等领域，当然也能够应用于普通民用工业中，提供高性能产品。
并且，本发明通过大量实验归纳出了各层合适的厚度选择范围，上述实施例仅作为系列代表。实际生产中，如需提供较大拉伸强度和拉伸模量的产品，可以选择增加超高分子量聚乙烯层的厚度；如需提供柔性和弹性较大的产品，可以选择减小超高分子量聚乙烯厚度并相应增加橡胶缓冲层厚度。
综上所述，采用本发明的生产方法，特别是选择特殊聚氨酯胶黏剂、超高分子量聚乙烯层表面处理结合分层分步复合方式，有效解决了超高分子量聚乙烯表面难以粘接的技术问题，能够充分发挥超高分子量聚乙烯层优良耐磨性和耐候性等综合性能，为超高分子量聚乙烯的应用打开了更广阔的空间。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于风机叶片前缘保护的复合膜的生产方法，所述复合膜包括分子量在350万以上的超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层，以及位于上述超高分子量聚乙烯层和橡胶缓冲层之间的聚氨酯胶粘剂层；其特征在于，上述超高分子量聚乙烯层厚度0.3-0.8mm，橡胶缓冲层厚度0.2-0.8mm，聚氨酯胶粘剂层厚度粘合剂层的厚度0.03-0.05mm；所述聚氨酯胶粘剂层通过水性双组份聚氨酯胶粘剂形成，所述水性双组份聚氨酯胶粘剂为聚酯多元醇与多异氰酸酯类化合物的反应产物；
其中，所述生产方法包括以下步骤：
S1：制备水性双组份聚氨酯胶粘剂，固含量为40-60％，pH值为7-9；
对超高分子量聚乙烯层进行电晕或者等离子表面处理，使表面达因值大于40；
S2：分步施加上述水性双组份聚氨酯胶粘剂到超高分子量聚乙烯层，干燥得到中间复合膜，包括：
S2.1压力辊涂第一层聚氨酯胶粘剂层，80-100℃干燥，所述第一层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度10-30％；
S2.2涂覆第二层聚氨酯胶粘剂层，100-120℃干燥，所述第二层聚氨酯胶粘剂层的厚度占聚氨酯胶粘剂层总厚度70-90％；
S3：将橡胶缓冲层与上述中间复合膜热辊压复合，复合温度80-120℃；
S4：将上述热辊压复合的膜冷却至常温，并收卷；
S5：熟化5-7天，温度40-50℃；
所得复合膜的拉伸强度大于12Mpa，拉伸模量大于350Mpa，断裂伸长率大于260％，层间剥离强度大于60N/15min。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述橡胶缓冲层包含天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶和三元乙丙橡胶中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的生产方法，其特征在于，所述聚酯多元醇的分子量为1000-4000g/mol，包括包含至少两个羟基末端基团的芳族和/或脂族聚酯多元醇。
4.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，上述脂族聚酯多元醇包含含有4-7个碳原子的亚烷基基团重复单元和末端酯基或通过酯键键合的多于一个含有4-7个碳原子的亚烷基基团和末端酯基基团。
5.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，上述芳族聚酯多元醇的重复单元包含通过酯键键合至脂族二醇的含有1-7个碳原子的亚烷基基团的二羧酸的芳族基团，其中，六元环与具有至少4个碳原子的亚烷基基团的摩尔比在1.5:1至1:1.5。
6.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述水性双组份聚氨酯胶粘剂通过以下步骤制备：
S1.1在反应釜中加入过量的聚酯多元醇、多异氰酸酯以及亲水性扩链剂，温度加热至70-100℃反应2-4小时，冷却至室温；
S1.2将冷却后的物料转移至高速乳化釜，加入中和剂进行乳化制得端羟基聚氨酯水性分散体；
S1.3将上述端羟基聚氨酯转入到高速分散釜中，加入消泡剂、流平剂以及耐老化助剂，分散30-60分钟，过滤收装；
S1.4加入水性多异氰酸酯交联剂，混合均匀。
7.如权利要求1或6所述的生产方法，其特征在于，
电晕处理条件为：20000-40000V/㎡电压，速率5-7m/min；
等离子处理，处理条件为：功率50-200W，氧气通量0.5-5L/min，压强15-30Pa，处理时间为2-5min。
CN202210475235.0A 2022-04-29 2022-04-29 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法 Active CN114851661B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210475235.0A CN114851661B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210475235.0A CN114851661B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114851661A CN114851661A (zh) 2022-08-05
CN114851661B true CN114851661B (zh) 2024-06-07

Family

ID=82635002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210475235.0A Active CN114851661B (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114851661B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010117262A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Xemc Darwind B.V. A protected wind turbine blade, a method of manufacturing it and a wind turbine
CN103214686A (zh) * 2013-04-17 2013-07-24 北京化工大学 双组份聚氨酯胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的粘结工艺
CN104846446A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 江苏神鹤科技发展有限公司 交联的超高分子量聚乙烯纤维及其干式制备方法
CN105907354A (zh) * 2016-06-13 2016-08-31 中国乐凯集团有限公司 一种耐候性胶粘剂及其在太阳能电池背板上的应用
WO2017068152A1 (de) * 2015-10-22 2017-04-27 Wobben Properties Gmbh Mehrschichtiges verbundbauteil
CN108189525A (zh) * 2017-12-12 2018-06-22 昆明理工大学 一种提高复合薄膜粘接性能的方法
CN110520498A (zh) * 2017-02-28 2019-11-29 3M创新有限公司 具有耐化学品性的聚氨酯粘合剂
CN110815879A (zh) * 2019-10-15 2020-02-21 青岛正爱科技有限公司 一种超高分子量聚乙烯复合膜的制备方法及应用
CN216300399U (zh) * 2021-10-09 2022-04-15 陈保双 一种超高分子量聚乙烯双层复合片材

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010117262A1 (en) * 2009-04-10 2010-10-14 Xemc Darwind B.V. A protected wind turbine blade, a method of manufacturing it and a wind turbine
CN103214686A (zh) * 2013-04-17 2013-07-24 北京化工大学 双组份聚氨酯胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的粘结工艺
CN104846446A (zh) * 2015-05-22 2015-08-19 江苏神鹤科技发展有限公司 交联的超高分子量聚乙烯纤维及其干式制备方法
WO2017068152A1 (de) * 2015-10-22 2017-04-27 Wobben Properties Gmbh Mehrschichtiges verbundbauteil
CN105907354A (zh) * 2016-06-13 2016-08-31 中国乐凯集团有限公司 一种耐候性胶粘剂及其在太阳能电池背板上的应用
CN110520498A (zh) * 2017-02-28 2019-11-29 3M创新有限公司 具有耐化学品性的聚氨酯粘合剂
CN108189525A (zh) * 2017-12-12 2018-06-22 昆明理工大学 一种提高复合薄膜粘接性能的方法
CN110815879A (zh) * 2019-10-15 2020-02-21 青岛正爱科技有限公司 一种超高分子量聚乙烯复合膜的制备方法及应用
CN216300399U (zh) * 2021-10-09 2022-04-15 陈保双 一种超高分子量聚乙烯双层复合片材

Also Published As

Publication number Publication date
CN114851661A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110183984B (zh) 生物降解封箱胶带
KR101879609B1 (ko) 폴리에스테르 필름 및 그것을 사용한 적층체
CN110760286A (zh) 一种室温固化高强度双组份聚氨酯结构胶及其制备方法
JP2015131888A (ja) ポリエステルフィルム、該フィルムと金属箔との複合体、複合体にシーラント層を積層した構成体。
CN110815879A (zh) 一种超高分子量聚乙烯复合膜的制备方法及应用
CN106854449B (zh) 一种纸塑复合用无溶剂单组分胶及其制备方法
CN114851661B (zh) 一种用于风机叶片前缘保护的复合膜及其生产方法
CN110205044B (zh) 生物降解封箱胶带制备方法及生物降解封箱胶带
CN102358068B (zh) 聚合物锂离子电池阻透层软包装膜
CN109747247A (zh) 一种阻燃复合型太阳能电池背板膜及其制备方法
TW202144473A (zh) 纖維強化塑膠成形材料、纖維強化塑膠成形體及纖維強化塑膠成形體的製造方法
JP2009190448A (ja) タイヤ
CN1164422C (zh) 聚酯复合防水卷材及其生产方法
CN105885394A (zh) 一种tpu薄膜及其制备方法
WO2012137828A1 (ja) 光硬化性組成物並びに導電性複合フィルム及びその製造方法
CN216860647U (zh) 一种层状复合构件的生产设备
JPH04136038A (ja) 金属板接着用フィルムおよび複合金属板
JP2009235276A (ja) 水性ポリウレタン樹脂組成物、それを用いた一液型接着剤及び積層体、並びに水性ポリウレタン樹脂組成物の製造方法
JP2006213300A (ja) 空気入りタイヤ
CN114835938A (zh) 一种医用干式胶片用聚酯片基及其制备方法
CN217197269U (zh) 一种层状复合构件及具有该层状复合构件的风电叶片
WO2021012889A1 (zh) 一种改性抗冲击硬质pvc材料
CN114536799B (zh) 一种超高分子量聚乙烯复合膜的生产设备及生产方法
CN111634094A (zh) 一种太阳能电池背板用聚乙烯膜制备方法
CN116218347B (zh) 一种抗空蚀面漆及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant