1、风电叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的开发与应用汪 辉2023 年 3 月1、叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发2、拉挤板专用环氧树脂及制备的拉挤板性能评价3、南京海拓公司拉挤复合材料产品应用介绍报告内容纤维含量可做到更高大型叶片高模量要求采用单向高模玻纤、碳纤叶片单向强度高要求产品质量稳定，纤维含量波动小叶片高质量要求可连续生产，效率高叶片主梁需求量大产品方案灵活，可设计叶片结构可设计.叶片主梁拉挤板制造工艺是满足风电叶片制造的优选工艺方案产品开发背景叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发风电叶片大型化风电叶片降成本考虑满足拉挤板的工艺要求考虑满足叶片结构设计对拉挤板性能要求拉挤工艺关注因素：
2、拉挤速度、固化时间 固化、后固化温度 纤维浸润时间 树脂粘度，适用期等理化性能 纤维含量（Wf、Vf）密度 玻璃化转变温度 孔隙率等静态力学性能 0/90拉伸性能 0/90压缩性能 弯曲性能 层间剪切强度等耐疲劳性能 拉-拉疲劳 拉-压疲劳 压-压疲劳灌注树脂匹配性 拼接缝测试 拉剪测试 层剪测试 断裂韧性等叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发拉挤板专用环氧树脂 配方设计思路拉挤板专用环氧树脂配方体系拉挤树脂固化促进体系拉挤树脂增韧体系功能性助剂配方体系组成：基体环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂、各类功能性助剂；具体设计结合复合材料拉挤工艺要求、结构设计对力学性能要求（静态力学+耐疲劳性能）
3、、复合材料界面性能要求、按照三个模块实施。叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发 考虑与叶片灌注树脂（环氧树脂）具有良好相容性，主梁拉挤板采用环氧树脂是最佳选择；满足拉挤工艺：综合性能优异、价格适宜，主体树脂最佳选择为双酚A缩水甘油醚型环氧树脂，其中最常用的为环氧 E-51；降低树脂粘度。可复配低粘度的双酚F型环氧树脂，也可复配活性稀释剂（AGE/BGE等）；提升树脂韧性。可复配脂环族环氧、PU改性环氧等。双酚A缩水甘油醚型环氧树脂 具有环氧基团、羟基，使树脂固化后具有极佳的内聚力（强度高）和粘结力；具有苯环、异丙基，赋予固化物良好的刚性、耐热、耐腐蚀性；具有极性基团醚键、羟基，赋予与其他纤维
4、材料良好的浸润性和粘附力；基体环氧树脂叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发确定原则：固化物的力学性能优异、耐热性良好；固化体系适宜的固化温度和固化速度；与环氧树脂反应平稳、放热量小 固化体系常温下低粘度及粘度变化小，适合连续作业；固化促进体系挥发性小、毒性低 成本适宜。不同反应性的固化促进体系固化剂选择：叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发+络合物拉挤树脂固化促进体系促进剂选择：固化剂：采用低粘度、高温固化的脂环族液体酸酐。以MeTHPA为主体，复配其他液体酸酐；复配促进剂：针对酸酐类固化剂，使用含有叔胺基促进剂+特种促进剂的复配促进剂，通过特种促进剂调节适用期与凝胶时间，保证复配促进剂具
5、有适用期长、高温快速反应的特点；固化-促进体系：在满足固化机制前提下，有效控制环氧树脂/固化体系粘度及粘度变化；保证体系反应放热平稳，降低热应力。固化剂、促进剂用量 酸酐用量与酸酐当量、环氧当量、促进剂有关。以环氧E-51和MeTHPA为例，85g酸酐/100g环氧树脂。促进剂用量为环氧的0.1%-1%，需平衡适用期与固化速度，同时不影响制品各项力学性能。叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发Lica-505 拉挤树脂固化促进体系Lica-505 拉挤树脂固化-促进体系反应放热情况DSC 对比分析结果：Lica-505树脂与其他厂家同类产品相比，固化反应放热量低，为245.84J/g，说明反应
6、平稳；Lica-505树脂反应起始反应温度124.5，说明该固化体系反应温度需要更高，热稳定性更好。叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发差示扫描量热仪 DSC 3拉挤树脂固化促进体系拉挤树脂固化促进体系评价拉挤树脂在25和40的粘度发展曲线，分析结果：Lica-505树脂在25和40的粘度变化明显低于其他厂家产品，具有适用期长的优势。拉挤树脂体系粘度低、适用期长，有利于：同样树脂体系而言，粘度低对纤维浸润性好，纤维-树脂界面结合更好；易排除气泡，降低制品孔隙率，制品缺陷少；适用期长，减少换胶次数，降低生产成本；有利于实现自动配胶、用胶。叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发使用增韧剂的主要目
7、的：提高固化树脂的耐冲击性能，提升固化物的延伸率；改善固化树脂的耐热冲击性，采用热膨胀系数不同增韧剂时，可以吸收由于反应放热而产生的冲击能，从而减少应变；改善基体树脂与纤维的界面结合性能，以获得适合的界面强度，满足复合材料耐疲劳性能要求。拉挤树脂增韧体系各类纯塑料、树脂聚合物的断裂能G1C和断裂韧性K1C无增韧环氧：当采用纯环氧树脂和固化剂发生固化反应，形成三维网状结构，其本身脆性大，下表数据可以看出，纯环氧树脂是各种塑料、聚合物中断裂韧性最差的，因此不耐冲击、易产生裂纹，无法使用。可采用的增韧方法：弹性体增韧法 互穿网络（IPN）增韧法 纳米材料增韧法 超支化高分子增韧法 反应性增韧法叶片主
8、梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发拉挤树脂增韧体系采用具有反应性基团的液体橡胶增韧法。具体原理是：原位分相型液体橡胶类增韧剂（具有端羟基）溶解在环氧树脂体系中，而在固化过程中原位分相析出形成第二相；该相与环氧树脂体系固化物形成特别的“海-岛结构”（如图二），明显不同于未增韧的环氧树脂固化物（如图一）；且液体橡胶增韧剂是微米级，比表面积大，很好地弥散在整个环氧树脂“大海”中，发挥了优异的增韧效果。并且具有的端羟基参与与环氧基团的加成反应，不影响固化物的力学性能，后期对于板材间的拼接具有良好适应性。图一 未增韧的环氧树脂固化物图二“海岛结构”型增韧环氧树脂Lica-505树脂设计的增韧体系叶片主梁拉
9、挤板专用环氧树脂的设计与开发拉挤树脂增韧体系参考配方编号EP-1EP-2EP-3EP-4EP-5EP-6环氧E-51（g）0100100MeTHPA（g）808080808080BDMA（g）0.50.50.50.50.50.5增韧剂T（g）510152025固化物性能拉伸强度 MPa657679.171.964.556.5拉伸模量 GPa3.022.882.752.692.332.24延伸率%2.43.44.04.14.13.8弯曲强度 MPa39489压缩强度 MPa39488断裂韧性G1c J/m29
10、9491152玻璃化转变温度Tg 124.5123.6120.6115.5113.6111.5不同用量增韧剂T对环氧树脂性能的影响叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发拉挤树脂增韧体系增韧剂T不同用量对环氧树脂性能的影响叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发结果分析：1、增韧剂T随加入量增加，可显著提升树脂的断裂韧性G1C;2、增韧剂T随加入量增加，会降低与刚性相关（拉伸模量、压缩强度等）性能;3、增韧剂T随加入量增加，拉伸强度和延伸率会达到最大值后，出现性能降低。综合考虑，增韧剂最佳用量为环氧树脂重量含量10%-15%主要指为树脂体系提供特定功能的各类助剂。具体如下：增韧剂：已介绍。稀释剂：
11、降低树脂体系粘度，以利于进行各项工艺操作；偶联剂：提升树脂与纤维的界面结合能力；脱模剂：拉挤制品完好无损的与模具分离；拉挤工艺中主要使用内脱模剂；润湿分散剂：提升树脂与纤维的润湿性，改善纤维与树脂的界面结合；消泡剂：解决液体中的气泡问题，提升固化物的力学性能；抗收缩剂：解决复合材料制品收缩问题，保证一定尺寸稳定性。以上助剂，根据需要，可酌情选用。功能性助剂叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发1、基体环氧树脂：在满足环氧树脂性能优异前提下，尽可能降低树脂粘度，保证对纤维浸润性良好。2、固化-促进体系：设计时，平衡好固化物各项力学性能与拉挤工艺性能（拉挤速度、固化温度、反应平稳性、树脂适用期）之
12、间关系，保证反应放热平稳、树脂适用期长。3、增韧体系：设计采用具有反应性封端基团的海岛结构液体橡胶进行增韧，能与环氧树脂形成良好分散及分布，有效实施对环氧树脂的增韧，提升其抗冲击性能、拉伸性能，最终提升拉挤板材耐疲劳性能。4、各类功能助剂：通过选择适合的功能助剂（润湿分散剂、脱模油、偶联剂等），确保拉挤工艺良好、复合材料界面结合性能优良。叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发拉挤树脂配方体系设计关键点1、叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发2、叶片主梁拉挤板专用环氧树脂及拉挤板性能评价3、南京海拓公司拉挤复合材料产品应用介绍报告内容Lica-505 环氧树脂综合性能评价叶片主梁拉挤板专用环氧
13、树脂与拉挤板性能评价Lica-505 树脂通过DNV认证Lica-505 系列环氧树脂是针对于风电叶片主梁拉挤板自主设计开发的低粘度双组份、快速固化的环氧树脂体系。该树脂体系在常温下具有优秀的粘度稳定性和升温后能快速固化的特性。固化后的树脂具有优异的力学性能和高韧性。目前该系列产品针对风电叶片主梁拉挤板材专用，其中包括通用型 Lica-505、无脱膜布板材用 Lica-505 T、拉挤碳板用Lica-505 C。产品特点：树脂外观好，颜色浅 树脂粘度低，且粘度增长慢，适用期长 升温后快速固化，拉挤工艺性好 优异的纤维润湿性能 优异的力学性能、高韧性 良好的热稳定性、耐化学品性Lica-505
14、环氧树脂综合性能评价叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试项目Lica-505 ALica-505 B外观无色到浅黄色透明液体浅黄色到棕色透明液体25下粘度（mPa.s）-200密度 g/ml1.10-1.201.15-1.25测试项目性能指标实测数据25 初始粘度（mPa.s） 凝胶时间（sec）70-12083固化后Tg（DSC法，）120125.9拉伸强度（MPa）6579.3拉伸模量（GPa）2.83.03延伸率（%）4.04.19弯曲强度（MPa）100128弯曲模量（GPa）2.83.03冲击韧性（kJ/m2）3538.6
15、适用期（h）60（自测）Lica-505 A/B单组分的各项性能Lica-505混合树脂关键性能数据测试数据来自：北玻院树脂固化条件80/1h+120/1h+180/1h风电叶片主梁用拉挤玻纤板（WS3000A+Lica-505）主要测试数据测试项目依据标准实测值纤维重量含量%ISO 117284.88玻璃化转变温度 Tg ISO 11357-2109.5板材密度 kg/m3ISO 117221700拉伸强度MPaISO 拉伸模量GPa63.20泊松比0.2750压缩强度 MPaISO 1412613620压缩模量 GPa63.3490拉伸强度 MPaISO 527-561
16、.8790拉伸模量 GPa18.490压缩强度 MPaISO 14126177.0590压缩模量 GPa22.01弯曲强度MPaISO 141251436弯曲模量GPa63.15层间剪切强度MPaISO 1413066.42拉拉疲劳性能(m值)ISO 13003 9.36拉压疲劳性能（m值）10.8叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试数据来自：WMC结论：采用WS3000A和Lica-505树脂制备的海拓拉挤板材静力、疲劳性能满足63GPa板材的性能要求。风电叶片主梁用拉挤玻板（S1+Lica-505）主要性能数据叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试数据来自：ACCUR测试
17、项目依据标准拉挤板实测值纤维重量含量%ISO 117284.55纤维体积含量%71.17板材密度 kg/m32163玻璃化转变温度Tg ISO 11357-2111.560拉伸强度MPaISO 拉伸模量GPa66.4泊松比0.280压缩强度 MPaISO 1412617700压缩模量 GPa66.790拉伸强度 MPaISO 527-565.390拉伸模量 GPa21.390压缩强度 MPaISO 1412618390压缩模量 GPa21.4层间剪切强度MPaISO 1413070.5面内剪切强度 MPaASTM D 707869.1拉拉疲劳性能(m值)ISO 130038
18、.610.41拉压疲劳性能（m值）结论：采用S1I 和Lica-505树脂制备主梁拉挤板材静态力学、疲劳性能满足64GPa板材的性能要求。测试项目依据标准技术要求实测值本体层间剪切强度 MPa ISO 141305563.6单搭接拉剪强度 MPaEN 14653039.9断裂韧性G1C J/m2ASTM D5528800829结论：海拓拉挤板材与灌注树脂匹配性良好，拼接性能完全满足要求。主梁用拉挤玻板与灌注树脂匹配性能数据叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试项目依据标准技术要求实测值层间剪切强度(ILSS-两层拉挤板+夹层织物)MPaISO 141305060.9层间剪切强度(ILS
19、S-拉挤板+层压板)MPa5061.9拼接缝横向拉伸强度MPaISO 527-53546.5拼接缝横向压缩强度MPaISO 风电叶片主梁用碳纤维板（三菱50K+Lica-505 C）主要性能数据测试项目单位测试结果测试项目单位测试结果纤维体积含量%68.7孔隙率%0.100拉伸强度MPa2161.40压缩强度MPa1443.00拉伸模量GPa155.60压缩模量GPa145.790拉伸强度MPa56.60压缩强度（60）MPa1370.390拉伸模量GPa8.610压缩模量（60）GPa156.190拉伸强度（-40）MPa54.2弯曲强度MPa1601.990拉伸模量（
20、-40）GPa9.28弯曲模量GPa140.1面内剪切强度MPa88.0层间剪切强度MPa78.2面内剪切模量GPa5.87层间剪切模量Gpa5.13断裂韧性G1CJ/m2405.6层间剪切强度MPa76.6测试数据来自第三方机构叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价风电叶片主梁用碳纤维板（三菱50K+Lica-505 C）叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价风电叶片主梁用碳纤维板（三菱50K+Lica-505 C）叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试项目单位测试结果测试项目单位测试结果纤维体积含量%61.6孔隙率%0.120拉伸强度MPa1573.80压缩强度MPa129
21、4.30拉伸模量GPa146.00压缩模量GPa144.390拉伸强度MPa52.590压缩强度MPa148.090拉伸模量GPa8.490压缩模量GPa9.50弯曲强度MPa1348.890弯曲强度MPa76.40弯曲模量GPa148.290弯曲模量GPa8.0层间剪切强度MPa69.2风电叶片主梁用碳纤维拉挤板（精功25K+Lica-505 C）叶片主梁拉挤板专用环氧树脂与拉挤板性能评价测试数据来自南玻院1、叶片主梁拉挤板专用环氧树脂的设计与开发2、叶片主梁拉挤板专用环氧树脂及拉挤板性能评价3、南京海拓公司拉挤复合材料产品应用介绍报告内容2003.7公司成立起步土木工程领域2003-200
22、9土木工程领域开发环氧结构胶拉挤复合材料碳纤维织物2010-2019涉足风电领域开发风电叶片用结构胶2017-2021立足工程结构领域风力发电领域开发环氧结构胶拉挤环氧树脂拉挤复合材料发展规划两大系列支柱产品结构胶粘剂 拉挤树脂（Lica系列）拉挤复合材料（HICOMA系列）风力发电领域工程结构领域世界一流拉挤复合材料供应商公司核心技术：重点一：高性能环氧结构胶、拉挤环氧树脂的配方体系设计与开发；重点二：高性能纤维拉挤复合材料工艺设计及开发。企业发展历程及发展规划南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍 高新技术企业 曾荣获国家科技进步二等奖 南京市结构胶工程研究中心 南京市结构胶工程技术研究中心 南
23、京市碳纤维拉挤复合材料企业技术中心 南京市瞪羚企业 获得授权专利28项，其中发明专利8项 主持或参与19部国家标准、行业规范的编制海拓荣誉南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍HICOMA系列高性能拉挤复合材料碳纤维拉挤筋/棒；碳纤维拉挤片材；碳纤维拉挤管等玻纤拉挤板管、玻纤拉挤型材（工字钢、角钢、格栅）等Lica系列环氧结构胶/拉挤环氧树脂工程结构领域：拼接胶、植筋胶、粘钢胶、锚固胶、碳板胶、碳布胶、工程加固碳板用拉挤树脂等；风力发电领域：风电叶片结构胶、快速粘接胶、高韧性复材胶、风电混塔用拼接胶、主梁拉挤板用拉挤树脂等。南京海拓公司产品应用介绍风电领域拉挤复合材料
24、产品风电叶片主梁拉挤玻纤板材应用业绩2022年，海拓公司提供叶片型号76.5/78/82/90/91/9296/97米（3.5MW6.XMW），主梁用拉挤复合材料万余吨。南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍风电叶片主梁拉挤板规模化全流程自动化生产线已建成52条生产线，具备年产1.6万吨高性能拉挤复合材料生产能力，具有自由切换碳纤/玻纤拉挤复合材料产品能力。自动化拉挤生产线 树脂自动输送系统 树脂在线配胶系统南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍一举创造三项记录：世界最大跨度（388米）碳纤维斜拉索桥国内首座使用碳纤维斜拉索的公路桥国内首例千吨级碳纤维索锚体系山东聊城徒骇河碳纤维斜拉索大桥工程结构领域拉挤
25、复合材料产品 7mm碳筋桥梁工程用碳纤维斜拉索成功实现100%国产化：国产碳纤维、海拓自主开发拉挤树脂体系、独特的拉挤预成型设计、纱线张力控制等专有技术，克服了国产碳纤维原料性能波动大、毛羽多的缺点，一举打破国外在材料和制造环节的“双垄断”及“卡脖子”局面；7mm碳筋，密度仅为钢筋1/5，抗拉强度达钢筋的10倍，达2500MPa；单束7-121成品索（直径约10公分），承载力可达1000吨以上；成功通过了200万次全寿命周期高频疲劳试验，稳定可靠。南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍12mm碳纤维螺纹筋采用国产碳纤维极限拉伸强度：2253MPa200万次疲劳试验（12-5平行索）：应力上限：138
26、5MPa振幅：170MPa频率：8Hz200万次疲劳后，无损坏，测试拉伸静载强度仍达2088MPa；拉伸强度保留率：2088/2253=92.7%工程结构领域拉挤复合材料产品 12mm碳螺纹筋工程加固用岩锚索、地锚索2012年通车的湖南矮寨大桥项目。首次采用碳纤维预应力岩锚吊索替代钢绞线应用于岩锚底座锚固。岩锚吊索将所受的拉力传至地面岩体上，为桥梁的安全提供了充分的保障。南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍孟加拉国邦戈邦都大桥加固工程 目前世界上最大规模的碳纤维板加固工程，总计使用拉挤碳板达20万米；产品外观质量优异，直线度好；加固拉挤碳板力学性能优异，抗拉强度达到2000MPa，拉伸模量达到200GPa。工程结构领域拉挤复合材料产品 碳纤维拉挤板朔黄重载铁路桥梁加固工程 采用拉挤碳板、锚具和胶粘剂的碳纤维锚固设计系统；锚具夹持可靠，效率高；拉挤碳板强度高，现场施工张拉1733MPa，为世界最高纪录。南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍近10年来，海拓公司提供各种规格碳纤维拉挤板110万米，累计实施各类桥梁加固工程247座。桥梁加固用预应力碳纤维板系统工程结构领域拉挤复合材料产品 碳纤维拉挤板南京海拓拉挤复合材料产品应用介绍携手海拓共创未来！Share Hi-Tech Share Future
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