石志琪，林 明，楊孝慶

（洛陽雙瑞風電葉片有限公司，洛陽 471039）

0 前言

面對石化能源日益枯竭、氣候變化、環(huán)境污染等問題的挑戰(zhàn)，大規(guī)模利用可再生能源已成為國際社會的普遍共識［1］。風力發(fā)電作為一種綠色可再生能源，有利于減少溫室氣體排放、保障能源安全［2］，在我國及世界范圍內得到迅速發(fā)展。

風力發(fā)電葉片作為風電機組的關鍵部件之一，其性能好壞直接影響風電機組的風能利用效率和機組所受載荷，在很大程度上決定了機組的整體性能和風電開發(fā)利用的經濟性。

風電葉片通常在惡劣環(huán)境中運行，雨水腐蝕、紫外線、風沙、鹽霧等不斷侵蝕玻璃鋼葉片［3］，為了保護葉片長久運行的安全性，需要在葉片表面涂覆涂層［4］。涂層對葉片具有防護性能，除了涂層本身性能優(yōu)異外，還需要涂層與玻璃鋼基材具有良好的附著力［5］。

目前葉片生產工藝，通常為2個半片粘結合模制備，在合?？p外部區(qū)域，需進行手糊玻纖布進行加強，在手糊玻纖布工序結束，葉片開始進行修型涂層工序［6］。葉片通常是連續(xù)生產，近10年來，風電產業(yè)的迅猛發(fā)展，對葉片生產效率要求不斷提高，手糊玻纖織物后，受車間條件限制，通常在無人為熱源條件下固化，常溫條件下，手糊樹脂固化通常需要1～2 h，氣溫降低，固化時間相應延長，手糊層合板常溫固化后，其固化程度較低，其Tg通常較低，因為存在固化程度對界面結合性能影響的擔憂［7］，實際生產工通常需要消耗大量的物力和大量時間對手糊制品進行加熱處理，提高固化程度即Tg值，再進行后續(xù)涂層施工［8］。本文考察手糊制品固化程度對界面結合性能影響，確保在保證質量的前提下，提高生產效率，對指導生產有重要意義。

1 實驗部分

1.1 原料

為模擬真實使用工況，本實驗所用原料與風力發(fā)電葉片生產常用原料保持一致。

玻璃纖維織物，E-glass BX810，歐文斯科寧復合材料有限公司；

手糊樹脂主劑，環(huán)氧樹脂 235#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

手糊樹脂固化劑，胺類固化劑 234#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

手糊樹脂固化劑，胺類固化劑 239#，瀚森化工企業(yè)管理（上海）有限公司；

修型膩子，聚氨酯 100#，麥加芯彩新材料科技（上海）股份有限公司。

1.2 儀器設備

本實驗所用檢測設備均經第三方計量認證校準合格，主要儀器設備：

鼓風干燥箱：DHG-9030A，上海一恒科學儀器有限公司；

DSC：404F1，NETZSCH；

邵氏硬度計：HS-D，上海高致精密儀器有限公司；

拉拔力測試儀：PosiTest AT-M，Defelsko。

1.3 實驗過程

在環(huán)境溫度為15～25 ℃，相對濕度RH≤75%條件下［9］，依據廠家推薦的手糊樹脂配比，快速固化劑：慢速固化劑質量配比4∶3進行調配，手糊4塊玻璃纖維織物樣布，室溫放置120 h，將樣板分別放置在55 ℃、60 ℃、75 ℃環(huán)境中數小時進行后固化［10］，提高玻璃鋼Tg值，模擬葉片實際生產中不同的工藝條件，樣板冷卻后，樣板表面刮涂修型膩子，常溫放置7 d，通過附著力考察Tg對玻璃鋼/涂層界面附著力的影響［11］。

2 結果與討論

2.1 不同溫度加熱處理樣品Tg測試

通過考察不同熱處理溫度玻璃鋼的Tg值，用于表征制品的固化程度，測試結果見圖1。

從圖1可以看出，常溫固化處理的試樣Tg為40.6 ℃，加熱溫度為55 ℃、60 ℃和75 ℃熱處理試樣，測定的Tg分別為54.5 ℃、59.9 ℃、70.4 ℃；常溫固化處理方式代表生產現場未加熱固化的試樣狀態(tài)，不同溫度加熱方式模擬生產現場不同的加熱狀態(tài)，加熱溫度提高，試樣的Tg隨之升高，Tg從59.9 ℃到70.4 ℃過程中，熱處理溫度提高較大，且加熱處理時間相應延長，但Tg值增加變緩，表明此Tg接近最終Tg值。

圖1 不同溫度處理樣品Tg測試

2.2 不同溫度處理試樣的邵氏硬度測定

對于手糊玻璃鋼樣板，采用不同加熱方式處理，通過測定邵氏硬度用于表征樣板基材的固化度，為實際葉片生產提供快速便捷的質量評價標準，測定結果見表1。

表1 不同溫度處理試樣的硬度測定

通過測定，不同加熱方式處理的試樣的邵氏硬度值接近，對于確定的高分子材料，硬度值的影響因素主要是分子交聯程度和分子主鏈中柔性基團的影響，從測試結果看出，常溫固化處理的試樣，對應的硬度值已經較高，其內部分子交聯程度較高。同時可以看出，不同溫度處理的試樣的邵氏硬度均小于90HD以下，通常認為該材料材質仍然偏軟，且試樣的厚度僅為2～3 mm，為了避免因基板原因對后續(xù)附著力測試產生影響，需要將試樣粘附在較厚的復合材料上，硬度應不低于試樣。本次試驗中，將上述試樣粘附在厚度超過15 mm的夾芯復合材料表面。

2.3 Tg值對玻璃鋼/涂層界面結合力影響

附著力測試依據GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉開法附著力實驗》［9］的規(guī)定，采用直徑20 mm的鋁錠，采用美國Defelsko生產的PosiTest AT-M型號拉拔儀進行附著力測定，本次測定對鋁錠周圍涂層進行旋切，破壞狀態(tài)見圖2，測試結果見表2。

表2 不同熱處理方式的樣板附著力測試結果

圖2 不同固化程度測試附著力

通過附著力測試，結果如下：常溫固化處理的附著力平均值為6.27 MPa，55 ℃鼓風加熱1 h的附著力平均值為6.48 MPa，60 ℃鼓風加熱1 h的試樣附著力平均值為6.42 MPa，75 ℃鼓風加熱2 h的試樣附著力平均值為6.68 MPa，從破壞模式看，100%均為膩子 內聚破壞，對比分析可以看出，隨著試樣熱處理溫度提高，附著力增加，但是增加很緩慢，即手糊樹脂Tg對玻璃鋼/聚氨酯修型膩子界面附著力無顯著影響。對于正常修型膩子涂層，附著力一般大于5 MPa即可滿足葉片實際運行，因此從測試結果看出，手糊樹脂常溫固化后，直接施工修型膩子不會對界面性能產生影響，同樣不會對后續(xù)涂層作業(yè)產生影響。

3 結論

（1）手糊玻纖層合板的硬度隨著手糊樹脂交聯固化程度（Tg表征）提高而緩慢提高，但增加緩慢，表明手糊層合板的邵氏硬度與手糊樹脂交聯程度非敏感關聯。

（2）手糊樹脂交聯固化程度對玻璃鋼板/修型膩子界面結合性能無顯著影響。測試結果表明：Tg為40.6 ℃、54.5 ℃、59.9 ℃、70.4 ℃對玻璃鋼/涂層界面結合性能差異較小，且都能滿足技術 要求。

（3）葉片實際生產現場，從玻璃鋼/涂層附著力角度考慮，手糊樹脂固化后，即可刮涂膩子，其界面結合性能良好，不會因Tg偏低存在膩子與手糊玻璃鋼板之間界面結合弱的風險，手糊玻纖層合板的Tg值可以在膩子及后續(xù)的相關工序全部完成后再進一步的增加，最終達到最小許可范圍，進而可以避免手糊布Tg值過低而不能進行后續(xù)作業(yè)工序的問題，從而提高葉片生產效率。