中国在哥本哈根提出2020年单位GDP的二氧化碳比2005年下降40%到45%，风力发电作为技术成熟且成本最低的新型能源在这几年得到快速发展。环氧树脂具有优良的力学性能，所以成为风电叶片首选的基体材料。大型兆瓦级风力发电叶片生产主要采用真空灌注工艺进行，此种工艺要求灌注树脂具有较低的黏度，能够满足在真空负压下较快地浸润纤维体后固化成型。随着风电叶片朝着更大功率的方向发展，叶片也越来越长，这就使得叶片根部为满足叶片质量的要求而变得越来越厚。通常1.5 MW的叶片根部厚度能够达到90 mm，如图1，大量的树脂在浸润叶片根部后由于固化放热过于集中且玻璃纤维灌注体散热较差，导致叶根部位固化时的温度往往高于叶片其他部位，通过控制固化程序叶根部环氧树脂固化时其最大的固化温度一般在70～110℃。环氧树脂的固化温度决定了产品最终性能，不同的固化方式对玻璃钢力学性能会带来较大影响，叶片根部作为叶片与风电整机的链接部位要求具有良好的力学性能，叶片由于自重和风载作用受到的弯矩非常大。本文讨论固化温度对低黏度环氧树脂带来的影响，通过控制固化温度对3种温度条件下固化的样件进行测试研究其变化规律，分析叶片灌注用低黏度树脂在70～110℃固化温度范围内对叶片根部可能带来的影响。
1·实验部分
1.1材料与仪器
陶氏760E低黏度环氧树脂和766H固化剂，配方质量比为100:32。
气相色谱–质谱联用仪:7890A-5975C，美国安捷伦公司;傅里叶红外光谱仪:NICOLET IS/10，赛默飞世尔;万能拉力机:CMT5105，美特斯。
1.2实验方法
1.2.1气相色谱质谱联用分析
色谱条件:进样口温度250℃;程序升温过程:柱初温50℃保持1 min，以10℃/min升至280℃，保持20 min;载气:高纯氦气;载气流速:1.0 mL/min;分流进样，分流比50:1;进样量1μL。
质谱条件:GC-MS接口温度280℃;离子源温度:230℃，电离方式:EI;四级杆温度:150℃;全扫描模式，质量数范围:1.6～1 050 amu;溶剂延迟3 min;NIST05质谱库，用于质谱谱图检索。
1.2.2固化样件红外光谱测试
使用溴化钾作为样品稀释剂，将固化好的样件研磨后进行压片，按要求对样品进行红外光谱测试，利用计算机自带的软件将测试得到的透射光谱转变为吸收光谱，对三种条件下红外光谱的吸光度进行比较分析。
1.2.3树脂浇铸体制备及性能测试
将环氧树脂和组装好的模具在烘箱中40℃放置1 h，环氧树脂和固化剂按比例配好，搅拌均匀后放入真空脱泡箱内，当真空度达到－0.1 MPa后脱泡15min，待脱泡完毕后缓慢放气，将胶液引流注入浇铸体模具中，然后再将浇铸体模具放入真空脱泡箱脱泡15 min，将脱泡后的浇铸体放入烘箱中按设定的加热程序进行加热固化。制备好的试样在万能拉力机上按国标GB/T 2567—2008测试其拉伸、弯曲和压缩性能，冲击性能在摆锤冲击实验机上按照国标GB/T2571—1995进行测试。
玻璃钢样件采用真空灌注工艺制作，将单轴纤维布(1 200 g/m2)铺设在模具表面，然后在表面铺设脱模布和导流网，对纤维体系封真空，借助真空负压将低黏度胶液导流纤维体内，按设定好的温度对纤维体进行固化。玻璃钢板测试按照标准GB/T 1447—2005进行测试。
2·结果与讨论
2.1气相色谱－质谱分析
气相色谱将样品各组分进行分离，分离后的各组分依次进入质谱仪电离，分别得到树脂和固化剂的质谱图见图2、图3。
得到各组分的质谱图，通过与标准谱库进行对比得到测试样品中的组分，见表1。
从表1可以看出，此环氧树脂主体成分为1，4–丁二醇二缩水甘油醚和双酚A环氧树脂，双酚A环氧树脂黏度比较大，在复配时加入1，4–丁二醇二缩水甘油醚能够改善树脂黏度。气质联用对固化剂成分分析准确度稍差，不能完全分析出成分，但根据匹配度观察其成分中含有异氟尔酮二胺、N–异丙基甲胺这类多元胺固化剂，此类固化剂属于室温固化剂，是较强的亲核试剂，在室温下就能够打开环氧树脂的环氧基。
2.2红外光谱分析
利用红外光谱定量分析，根据朗伯–比尔定律，当一束光通过样品时任意波长的吸光度与样品各组分的浓度成正比，也与样品厚度成正比［11］。用测得红外光谱的吸光度可以定量分析不同固化条件下样品中基团的变化，如图4。
图4为不同固化条件下样品红外吸光度图谱，通过分析在经过不同固化温度固化后图谱中4种基团吸收峰出现变化，如图5。
图5显示的是4个基团吸收峰在不同固化温度下的变化。环氧基上的氧原子有较多负电荷，末端碳原子则带有等量的正电荷，叔胺具有使环氧开环的能力进行阴离子加成聚合反应，生成聚合物的大分子间通过醚键交联成体型结构，最后生成三向交联的大分子。
通过红外光谱测得波数1 180 cm－1为叔胺基吸收峰，随温度升高其含量不断下降，同时对应的波数1 104 cm－1的醚键吸收峰观察，随温度升高醚键含量也呈下降趋势。可以推断由于较高的反应温度使得叔胺基的含量降低，导致反应体系内环氧基开环能力降低，醚键含量下降，从而在一定程度上影响了整个体系的高分子交联度。波数1 743 cm－1为羰基吸收峰红外吸光度显示，随温度升高固化物中羰基含量增加，环氧基和胺基固化反应中只会产生羟基和醚键，羰基产生会消耗氧负离子降低反应物中活性基团含量从而影响整个体系交联度。波数2 926 cm－1为亚甲基红外吸收峰，谱图显示70℃固化物中亚甲基含量相对较低，而在高于70℃固化时固化物中亚甲基含量增加，经分析在较高温度固化时固化剂中异氟尔酮二胺会开环使得亚甲基含量增加。异氟尔酮二胺的主要作用是提高反应体系的交联度，开环后其反应活性会降低，在较高的温度下直接固化会造成固化物中高分子的交联度下降。
2.3力学性能分析
对环氧浇铸体和玻璃钢进行静力学性能测试，分析此固化体系在3种固化温度下固化物力学性能的变化趋势以及树脂固化物对玻璃钢性能的影响，如表2。
力学性能测试结果见表2，表2中每组数据是测得10个有效数据的平均值。从测试的数据显示，固化温度从70℃、90℃到110℃分三个阶段升高，树脂浇铸体的强度和模量均出现明显下降的趋势，这种下降的趋势也体现在树脂与玻璃纤维复合的玻璃钢样件中。这说明树脂性能下降会导致复合材料性能的降低，这与红外光谱分析在70℃到110℃固化中随固化温度升高固化物交联度呈下降趋势相对应。从70℃到110℃测得的树脂浇注体和玻璃钢层合板的最大载荷伸长率均随温度升高而呈现升高趋势，观察树脂浇注体的冲击强度则是随着温度升高而呈现下降趋势。通过红外光谱分析温度升高会造成醚键含量下降，这样会影响固化物的立体网络结构，导致从70℃到110℃固化温度升高固化物交联度呈下降的趋势。在受到外界缓慢的作用力时交联度相对较低，高分子在局部出现了分子链之间的相对滑移，所以测得最大载荷伸长率随固化温度升高而增加，相反在受到瞬时作用力时交联度下降会造成耐冲击性能的下降。
3·结论
1)本体系以多元胺为固化剂的环氧固化体系，固化温度从70℃到110℃的固化过程中固化物醚键含量呈降低趋势，同时羰基和亚甲基含量呈增加趋势，这种变化使得在固化温度升高后环氧固化物有交联度降低的趋势。
2)力学性能测试的结果说明本固化体系在70℃、90℃到110℃三个阶段随固化温度升高环氧固化物的力学性能呈现下降趋势，同时在环氧树脂和玻璃纤维复合的玻璃钢样件中也表现了这种趋势。为保证叶片根部能够获得较好的力学性能应在固化工艺的调整上尽量避免较高的放热峰出现。
鲁ICP备2021047099号