MW风电叶片用环氧树脂基复合材料耐候性研究

【摘要】：风能作为一种可再生的清洁能源，取之不尽，用之不竭。风电叶片是风力发电系统收集风能的关键部件。服役过程中，风电叶片易受各种恶劣环境的侵蚀，为保证风电叶片安全服役20年，需要研究风电叶片用复合材料的耐候性。 本文通过人工加速老化研究了环氧（Epoxy, EP）树脂基体及其玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Composites, GFRP）的冷热老化、湿热老化和盐雾老化等耐候性能，考察了老化前后EP树脂浇铸体和GFRP复合材料的表观性能、力学性能、耐热性和微观性能，并在此基础上探讨复合材料的老化机理。 冷热循环老化结果表明：老化后树脂基体的拉伸和弯曲强度呈现先上升后下降的趋势；冷热循环老化400次后GFRP失重率达到9%，巴氏硬度下降9%，拉伸强度和弯曲强度分别下降了5%和27%；冷热循环老化次数160次时，树脂基体的Tg增加到最大值75℃，此后树脂基体的Tg开始下降，400次循环老化后下降至71℃；树脂基体的储能模量（E′）随着老化时间的增加而减小，而GFRP的储能模量（E′）是则呈现先增加后减小的趋势。 盐雾老化结果表明：盐雾100天后树脂基体的拉伸强度和弯曲强度分别下降了15%和17%；GFRP的拉伸强度和弯曲强度分别下降了25%和33%，其巴氏硬度随老化时间呈现下降趋势；盐雾老化后树脂基体的Tg随老化时间增加而下降，盐雾老化100天后树脂基体的Tg下降了8℃；树脂基体和GFRP的储能模量均随着盐雾老化时间的增加而逐渐减小。 湿热老化结果表明：湿热老化50天后树脂基体的Tg为72℃，比老化前提高了4℃，100天后树脂基体的Tg下降至66℃。湿热老化过程中的GFRP吸湿特性符合Fick扩散定律；湿热老化100天后其拉伸强度和弯曲强度分别下降了17%和23%。湿热老化后树脂基体的储能模量（E′）随老化时间呈下降趋势，而GFRP储能模量（E′）的变化趋势是先上升后下降。 【关键词】：复合材料 耐候性 环氧树脂 老化性能 界面结合
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB332;TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 课题背景12-14
• 1.1.1 国外风电发展状况12-13
• 1.1.2 中国风电发展状况13-14
• 1.1.3 风电发电原理14
• 1.2 风电叶片材料体系14-19
• 1.2.1 风电叶片用环氧树脂的特点14-16
• 1.2.2 风电叶片玻璃纤维的特点16-17
• 1.2.3 玻璃纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺17-19
• 1.3 复合材料界面理论19-20
• 1.3.1 复合材料界面结合类型19
• 1.3.2 复合材料界面形成过程19-20
• 1.4 聚合物基复合材料的老化研究20-25
• 1.4.1 聚合物基复合材料的老化机理20-22
• 1.4.2 聚合物基复合材料老化研究方法22
• 1.4.3 聚合物基复合材料老化研究进展22-25
• 1.5 本文研究内容和意义25-26
• 第二章 实验部分26-32
• 2.1 实验原料26
• 2.2 实验设备26
• 2.3 复合材料层和板的制备和树脂浇铸体26-27
• 2.3.1 复合材料单轴层合板制备26
• 2.3.2 树脂浇铸体制备26-27
• 2.4 湿热老化试验27
• 2.4.1 冷热老化试验27
• 2.4.2 盐雾老化试验27
• 2.4.3 湿热老化试验27
• 2.5 性能测试27-30
• 2.5.1 复合材料的质量变化测试27-28
• 2.5.2 静态力学性能测试28-29
• 2.5.3 动态力学性能测试(DMA)29-30
• 2.5.4 巴士硬度测试30
• 2.5.5 差式扫描量热分析（DSC）30
• 2.6 状态与形貌分析30-32
• 2.6.1 红外光谱分析30
• 2.6.2 扫描电镜30-32
• 第三章 冷热老化对玻璃钢复合材料性能的影响32-43
• 3.1 老化试样表观分析32
• 3.2 复合材料的质量分析32-33
• 3.3 巴氏硬度测试结果分析33-34
• 3.4 静态力学性能测试结果分析34-35
• 3.4.1 树脂浇铸体和复合材料单轴层合板拉伸性能分析34
• 3.4.2 脂浇铸体和复合材料单轴层合板弯曲性能分析34-35
• 3.4.3 树脂浇铸体和复合材料模量性能分析35
• 3.5 环氧树脂老化后 DSC 分析35-36
• 3.6 动态力学性能分析36-39
• 3.6.1 树脂的动态力学性能分析36-38
• 3.6.2 复合材料的动态力学性能分析38-39
• 3.7 红外光谱分析39-40
• 3.8 SEM 结果分析40-42
• 3.8.1 冷热老化前后 SEM 分析40-41
• 3.8.2 复合材料冷热老化后 SEM 分析41-42
• 3.9 本章小结42-43
• 第四章 盐雾老化对玻璃钢复合材料性能的影响43-52
• 4.1 盐雾老化后树脂表观变化43
• 4.2 盐雾老化巴氏硬度测试测试结果分析43-44
• 4.3 盐雾老化静态力学性能测试结果分析44-46
• 4.3.1 树脂浇铸体和复合材料单轴层合板拉伸性能分析44-45
• 4.3.2 树脂浇铸体和复合材料单轴层合板弯曲性能分析45
• 4.3.3 树脂浇铸体和复合材料模量性能分析45-46
• 4.4 盐雾老化树脂浇铸体 DSC46
• 4.5 盐雾老化动态力学性能分析46-49
• 4.5.1 树脂动态力学性能分析46-47
• 4.5.2 盐雾老化复合材料动态力学性能分析47-49
• 4.6 盐雾老化红外光谱分析49-50
• 4.7 盐雾老化扫描电镜结果分析50-51
• 4.7.1 树脂老化前后 SEM 分析50
• 4.7.2 层合板老化前后 SEM 分析50-51
• 4.8 本章小结51-52
• 第五章 湿热老化对玻璃钢复合材料性能的影响52-67
• 5.1 湿热老化后树脂表观变化52
• 5.2 复合材料的吸湿特性52-53
• 5.2.1 Fick 扩散定律52-53
• 5.2.2 EP/GF 复合材料吸湿特性53
• 5.3 巴氏硬度测试测试结果分析53-54
• 5.4 静态力学性能测试结果分析54-56
• 5.4.1 树脂浇铸体和复合材料单轴层合板拉伸性能分析54-55
• 5.4.2 树脂浇铸体和复合材料单轴层合板弯曲性能分析55-56
• 5.4.3 树脂浇铸体和复合材料模量性能分析56
• 5.5 树脂浇铸体 DSC56-57
• 5.6 动态力学性能分析57-59
• 5.6.1 树脂动态力学性能分析57-58
• 5.6.2 单轴层合板动态力学性能分析58-59
• 5.7 红外光谱分析59-60
• 5.8 扫描电镜结果分析60-61
• 5.8.1 树脂浇铸体老化后的 SEM60-61
• 5.8.2 EP/GF 复合材料老化后 SEM 分析61
• 5.9 老化数学模型的建立61-65
• 5.10 本章小结65-67
• 第六章 结论67-68
• 参考文献68-75
• 附录75-76
• 致谢76

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