聚氨酯膠黏劑在風(fēng)輪葉片中的應(yīng)用.doc

聚氨酯膠黏劑在風(fēng)輪葉片中的應(yīng)用摘 要： 對(duì)某種雙組分聚氨酯膠黏劑的機(jī)械性能和疲勞性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明聚氨酯膠黏劑粘接環(huán)氧基復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，為風(fēng)機(jī)葉片選用聚氨酯膠黏劑提供參考。關(guān)鍵詞： 復(fù)合材料；風(fēng)輪葉片；聚氨酯；膠黏劑；機(jī)械性能；疲勞性能；測(cè)試0 前言目前，國(guó)內(nèi)大型風(fēng)機(jī)葉片的殼體結(jié)構(gòu)大多是環(huán)氧樹脂增強(qiáng)玻璃纖維復(fù)合材料，一般采用真空吸注法將ps面和ss面分別灌注成型，再經(jīng)合模工序粘接成型?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外各風(fēng)電公司在葉片合模時(shí)使用的結(jié)構(gòu)膠均為環(huán)氧樹脂類的膠黏劑。環(huán)氧樹脂有優(yōu)異的粘結(jié)性能、穩(wěn)定性、耐候性能、良好的機(jī)械性能和加工性能，但是需要加熱固化，操作工藝較復(fù)雜1，且加熱效果不好會(huì)導(dǎo)致固化不良，易帶來(lái)質(zhì)量隱患。聚氨酯膠黏劑與環(huán)氧樹脂膠黏劑都屬于反應(yīng)型膠黏劑，粘接強(qiáng)度高。聚氨酯的結(jié)構(gòu)中含有極性高的異氰酸酯基（-nco）和氨基甲酸酯基（-nhcoo-），與含有活性氫的材料，如聚酰胺、皮革、金屬、塑料、橡膠、玻璃等有優(yōu)良的粘附能力，同時(shí)與被粘結(jié)材料之間產(chǎn)生氫鍵作用，使粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)2。聚氨酯膠黏劑可以加熱固化，也可以室溫固化，粘結(jié)工藝簡(jiǎn)單，操作性能良好，固化時(shí)放熱量很小不易暴聚，沒(méi)有副反應(yīng)，不易帶來(lái)缺陷。聚氨酯膠黏劑有良好的粘結(jié)強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，耐油、耐低溫性能尤為突出，在低溫下，其前剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度及耐疲勞性能大大增強(qiáng)，液氮中測(cè)試其剪切強(qiáng)度可達(dá)50mpa，液氮中疲勞測(cè)試震動(dòng)次數(shù)超過(guò)100萬(wàn)次不破壞3。有些聚氨酯產(chǎn)品經(jīng)過(guò)改性后，其硬度、伸長(zhǎng)率以及各項(xiàng)力學(xué)性能與葉片環(huán)氧樹脂合模膠相當(dāng)，尤其疲勞性能體現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。這些優(yōu)良的特性使聚氨酯膠黏劑在葉片制造行業(yè)擁有很好的前景。目前國(guó)外有些葉片生產(chǎn)廠家已用雙組分聚氨酯膠黏劑試制葉片。1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試樣制作1.1 儀器與材料zwick/roell z010kn萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（配置拉伸夾具，彎曲夾具及相應(yīng)引申計(jì)），德國(guó)zwick公司；sans 4j塑料擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，mts（中國(guó)）有限公司；instron 8801疲勞試驗(yàn)機(jī)（10kn傳感器），美國(guó)instron公司；speedmixer dac 400 fvz離心式混合機(jī)，德國(guó)hauschild公司；carver國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室壓片機(jī)，美國(guó)carver公司；程序控溫鋪床模具，國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)（保定）公司自主研發(fā)；coesfeld數(shù)控銑床，德國(guó)coesfeld公司；melabo鋸切床，美國(guó)melabo公司；espec電熱鼓風(fēng)干燥箱，日本espec公司；膠黏劑薄板制作用模具，自制。某種環(huán)氧樹脂膠黏劑，國(guó)內(nèi)葉片市場(chǎng)評(píng)價(jià)較好的某公司；真空灌注用環(huán)氧樹脂，邁圖公司；無(wú)堿玻璃纖維單向織布（1250g/帶氈），宏發(fā)縱橫公司；聚氨酯樹脂膠黏劑，國(guó)際市場(chǎng)某家膠黏劑生產(chǎn)公司。1.2 實(shí)驗(yàn)樣品制作1.2.1 frp基材制作鋪床模具上，對(duì)稱鋪設(shè)4層單向玻纖織布；灌注樹脂按比例混勻后真空法脫泡，采用真空灌注工藝注膠。灌注結(jié)束，開(kāi)啟模具加熱，于50保溫5h進(jìn)行預(yù)固化。再于70下保溫7h后固化。離模后撕除輔材。1.2.2 拉伸剪切樣品制作膠黏劑于離心式混合機(jī)中按比例混合均勻。用1.2.1中制備的frp做基材，按en 1465標(biāo)準(zhǔn)要求制作拉伸剪切實(shí)驗(yàn)樣品，取纖維的0方向?yàn)闃悠烽L(zhǎng)度方向。1.2.3 膠黏劑拉伸、彎曲及沖擊樣品制作板材制作：膠黏劑按比例混合均勻后，置于自制的模具中間，模具間用4mm聚四氟乙烯邊框定距，壓片機(jī)壓平，于70下加熱固化7h。制樣：固化后的板材用數(shù)控銑床切削，按iso 527-2要求尺寸制備拉伸實(shí)驗(yàn)樣品，按80mm*15mm尺寸制備彎曲和沖擊實(shí)驗(yàn)樣品。1.2.4 t剝離樣品制作t剝離實(shí)驗(yàn)樣品粘接部位用frp做基材，實(shí)驗(yàn)機(jī)夾具夾持部位用t型鋼片。按gb/t 2971要求尺寸制作t剝離試驗(yàn)樣品。參考gl-t peel machine traslation與gb/t 2971制作。1.2.5 疲勞試驗(yàn)樣品制作100mm*25mm*2mm鋼片，粘接部位經(jīng)噴砂處理，采用搭接的方式用待測(cè)試膠黏劑粘接，于70下固化7h。2 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果與分析2.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)按照en 1465（拉伸剪切實(shí)驗(yàn)英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）、iso 527-2（拉伸實(shí)驗(yàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）、iso 178（彎曲實(shí)驗(yàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）、iso 179-1（沖擊實(shí)驗(yàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）、gb/t 2971（t剝離實(shí)驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）和iso 9664（膠黏劑疲勞實(shí)驗(yàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行。2.2 靜態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果按照2.1中的標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行材料的機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)，靜態(tài)力學(xué)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。其中，拉伸剪切、拉伸、t剝離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為6個(gè)測(cè)試結(jié)果的平均值，彎曲、沖擊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為10個(gè)測(cè)試結(jié)果的平均值。2.3 拉伸疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果拉伸剪切疲勞實(shí)驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)iso 9664進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)振動(dòng)頻率為30hz，循環(huán)次數(shù)106。疲勞極限計(jì)算按照以下公式計(jì)算：2.3.1 環(huán)氧樹脂膠黏劑疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。 表示斷裂的樣品； 表示沒(méi)有破壞的樣品l=8；a=15；b=35s=0.29mpa（106,10.6mpa）=3.08mpa2.3.2 聚氨酯膠黏劑疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。 表示斷裂的樣品； 表示沒(méi)有破壞的樣品l=8；a=12；b=24s=0.25mpa（106,9.6mpa）=4.6mpa2.3.3 兩種膠黏劑疲勞實(shí)驗(yàn)的s-n曲線見(jiàn)圖1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表4。聚氨酯膠黏劑； 環(huán)氧樹脂膠黏劑2.4 結(jié)果分析1）由表1結(jié)果看，該聚氨酯膠黏劑的拉伸強(qiáng)度及模量、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度幾乎與對(duì)比的環(huán)氧樹脂膠黏劑相當(dāng)，且該聚氨酯膠黏劑的拉伸斷裂伸長(zhǎng)率和t剝離強(qiáng)度略優(yōu)于對(duì)比環(huán)氧樹脂膠黏劑。2）在拉伸剪切實(shí)驗(yàn)中，聚氨酯的拉伸剪切實(shí)驗(yàn)中，試樣破壞形式均表現(xiàn)為本體破壞伴隨著基材破壞，見(jiàn)圖2。3）聚氨酯的疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果明顯優(yōu)于環(huán)氧樹脂。3 結(jié)論通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：聚氨酯粘接環(huán)氧樹脂基的增強(qiáng)纖維復(fù)合材料有非常優(yōu)異的靜態(tài)性能和抗疲勞振動(dòng)性能，優(yōu)異的耐低溫性，非常適