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1,4-丁二醇二缩水甘油醚---风电叶片用环氧树脂稀释剂

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1  引言

叶片作为风力发电机组的核心部件之一,占整个风电设备成本的20%左右其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。目前适合于风力发电机叶片的树脂有环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯等[3],其中由于环氧树脂可低中温度固化、低体积收缩率、优异的附着力和机械性能,在大型风电机上的转子叶片上得到广泛的应用。风电叶片用环氧树脂主要是依赖进口,目前国产环氧树脂的工艺质量尚不稳定,因此需要分析进口产品与国产产品的差距,尽快研制开发出高水平的国产替代材料,对国内叶片制造企业降低生产

成本,增强市场竞争力具有重要意义。本文

采用气相色谱-质谱联用仪研究了四种风电叶片用环氧树脂的成分进行了分析,找出了进口产品与国产产品的技术差距。

2  试验部分

2.1 仪器与试剂

2.1.1仪器:美国安捷伦公司7890A-5975c气相色谱-质谱联用仪:配置HP-5MS毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25um)。

色谱条件:进样口温度250℃;程序升温过程:柱初温50℃保持1min,以10℃/min升至280℃,保持20min;载气:高纯氦气;载气流速:1.0mL/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:1.6-1050amu;溶剂延迟3min;NIST05质谱库,用于质谱谱图检索。

2.1.2样品与试剂

环氧树脂样品分别为三个不同进口厂家和一个国内厂家生产的风电叶片用环氧树脂;丙酮:分析纯。

2.2 样品制备

准确称取0.5g待测样品放入样品瓶中,加入2mL丙酮,将瓶盖密封,超声15min后,用进样针吸取1μL样品上机分析。


3结果与讨论

3.1 分析原理简述

气相色谱将样品中的各组分进行有效分离,分离后的各组分依次进入质谱仪,经电离、检测后得到各组分的质谱图,根据质谱图获得的相对分子质量和结构信息,与标准谱库比对进行定性分析,用面积归一法大致定量。

3.2 各样品的总离子流图

如图1,图2,图3和图4所示,1#~4#分别为三种进口环氧树脂样品和一种国产环氧树脂样品的总离子流图。

图1 进口样品1#

图2 进口样品2#

图3 进口样品3#

图4 某国产样品


3.3 各样品的分析结果

各样品的主体成分及所占面积百分比如表1所示

表1各样品的主体成分及所占面积百分比


样品
保留时间(min)
归属
面积百分比(%)
1#
14.531
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
5.52

27.145
双酚A环氧树脂
88.70
2#
14.520
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
4.29

19.995
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
3.40

27.027
双酚A环氧树脂
83.48
3#
14.531
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
4.52

20.006
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
3.24

24.600
双酚F环氧树脂
3.93

25.770
双酚F环氧树脂
2.61

27.059
双酚A环氧树脂
78.31
4#
14.499
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
1.202

19.995
1,4-丁二醇二缩水甘油醚
1.510

24.783
双酚F环氧树脂
37.10

25.996
双酚F环氧树脂
37.06



3.4 结论

(1)从表1可以明显看出,三种进口环氧树脂样品的主体成分均为有1,4-丁二醇二缩水甘油醚和双酚A环氧树脂,而国产环氧树脂样品的主体成分为1,4-丁二醇二缩水甘油醚和双酚F环氧树脂。双酚F环氧树脂树脂的成本远高于双酚A环氧树脂,某国产环氧树脂为达到风电叶片用环氧树脂的低粘度要求,不得不采用高成本的双酚F环氧树脂,进口样品3#中也加入了少量的双酚F环氧树脂以降低粘度。

(2) 进口样品1#,2#,3#中双酚A(或F)环氧树脂所占的面积百分比分别为88.70%, 83.48%, 84.85%(其中双酚F占6.54%),比例大致相同;国产样品中双酚F占74.16%。双酚F粘度较低,加双酚F的目的是降低粘度,但成本较高。

(3)1,4-丁二醇二缩水甘油醚是一种双官能度的环氧树脂活性稀释剂,可大幅度地降

低环氧体系粘度,以降低收缩率和降低成本 。进口样品1#,2#,3#和国产样品中的1,4-丁二醇二缩水甘油醚所占的面积百分比分别为5.52%,7.69%,7.76%和2.71%。相对而言,三种进口环氧树脂样品中的1,4-丁二醇二缩水甘油醚含量比较接近,特别是2#和3#,含量几乎一致。

4 结语

综上所述,高品质的风电叶片用环氧树脂的主体成分主要为双酚A环氧树脂,配合一定量的1,4-丁二醇二缩水甘油醚和双酚F作为稀释剂,以满足低成本、低粘度和高机械性能的要求。而国内某厂家采用双酚F为主体树脂,尽管实现了低粘度的要求,但在成本和机械性能方面与进口产品仍存在一定差距。


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