一.背景

幾年來,我國的風電行業發展迅猛.據相關資料顯示,2009年新裝機容量達13803.2MW,可謂風頭正勁.而作為風力發電機組的關鍵部件之一的復合材料轉子葉片，其生產制造過程進行合模工藝粘接都無一例外不用到結構膠粘劑;隨著2MW、3MW技術機型的產能主流化,風輪葉片也表現出越來越長的迅增勢頭,主流尺寸已達40m以上.這就對合模粘接的結構膠粘劑提出了更高更強的技術要求.

長期以來,環氧樹脂膠粘劑由于對復合材料表面具有良好的粘接性能,樹脂和固化劑之間豐富的設計配合可能性,可以實現無溶劑無揮發份的固化,一直以來是結構膠粘劑的主要類型;因此,結合風電行業需求,深化環氧結構膠粘劑研制與制造技術無疑具有久遠的市場意義。禾川化學專業從事葉片膠配方分析、成分分析、配方檢測、成分檢測；禾川化學是膠黏劑企業產品技術革新的風向標；禾川化學成功開發出新型風能葉片用膠配方技術；該葉片膠廣泛應用于風電行業.

二.風能葉片用膠

風能葉片膠一般有環氧體系外，還有丙烯酸、聚氨酯體系等。

2.1環氧體系葉片膠

環氧樹脂結構膠主要由主體樹脂、固化劑、增韌體系、促進劑等組成.這些組分相互配合,實現三維交聯、有效催化和高效增韌,可以設計出高性能的膠粘劑，眾所周知,環氧樹脂固化物與生俱來的脆性特點,增韌從來都是環氧樹脂膠粘劑永恒的話題.也就是說,增韌技術的發展在某種程度上也代表了環氧膠粘劑技術的發展.另外,相比較而言,環氧樹脂膠粘劑與作為復合材料的基體相比,沒有纖維的增強，所以膠粘劑主體的韌性和抗沖擊性能的要求更高.下面就比較重要的環氧樹脂結構膠增韌體系作一個介紹.

2.1.1葉片膠增韌體系

1)橡膠(Rubber)

橡膠是環氧樹脂的一種優良的低應力改性劑，但與環氧樹脂的溶解度參數相差很大，難以達到100％分散。早期的做法是將橡膠磨成粉末加入到環氧樹脂中，已期達到增韌的效果,為了克服這一缺點,一般通過其活性端基(如羧基、羥基、胺基、異氰酸酯基等)與環氧樹脂中的活性基團(如環氧基、仲羥基等)反應形成嵌段，從而達到增韌的目的.活性端基液體橡膠包括聚硫、聚氯酯、硅橡膠、聚二烯烴橡膠或其共聚物等,其分子鏈兩端分別帶有各種不同官能團.由于它是一種非定型的液體預聚物,故在固化劑的作用下,聚合物分子會發生主鏈增長和交聯,形成交聯網絡結構,賦予材料較高橡膠彈性.目前,環氧樹脂的增韌大多采用活性端基橡膠如液體端羧基丁腈橡膠(CTBN）、液體端羥基丁腈橡膠(HTBN)和液體端氨基丁腈橡膠,其中液體端羧基丁腈橡膠(CTBN)較為常用.這種增韌方法是在固化過程中,形成精細分散相來提高韌性,固化后橡膠和環氧樹脂形成相分離以達到增韌效果.然而由于其體系引入了橡膠,膠粘劑生產過程本身難以保證充分有效分散,體系會表現出增韌不均現象.為了解決這一問題,目前成熟的方案是將環氧樹脂和液體端羧基丁腈橡膠(CTBN)進行預反應得到均一的相，能夠很好地解決分散不均的問題.

2)丙烯酸酯(Acrylate)

丙烯酸樹脂本身具有優異的戶外耐久性、耐化學性和物理機械性能,通過與其他單體、樹脂共聚和改性,可以變化材料的各方面性能。環氧改性丙烯酸樹脂是在環氧樹脂分子鏈的兩端引人丙烯基不飽和雙鍵，然后與其他單體共聚，這樣，就使得丙烯酸樹脂的各種優良性能(豐滿度、附著力等)在環氧樹脂中得到充分發揮.此類技術通稱為第二代增韌技術.其膠粘劑主劑通常以甲基丙烯酸甲醋、丙烯酸、丙烯酸辛醋、丙烯酸異丁酯等單體,過氧化苯甲酞為引發劑，E-51或E-44環氧樹脂為改性劑,經聚合得到環氧改性丙烯酸樹脂,固化劑部分以胺類固化劑為主并輔以自由基引發劑，固化反應過程中引發劑被胺與環氧環聚合反應.熱所引發，引發鏈聚合反應,稱之為復合固化.此類技術改性的環氧結構膠粘劑具有性能可調、對被粘接面預處理要求寬松、粘接適用范圍較廣等特點，綜合了丁腈橡膠改性環氧技術的優點,在增韌的同時,可以不降低材料的模量,并考慮了高低溫度對環氧丙烯酸酯膠粘劑性能的影響與適應性能，因而能表現出高強高韌之外優異的高.但相比起它帶來的容易施工優點,這一犧牲顯的尤為值得.近年來,有資料顯示，國內幾家研究機構在這方面做了些基礎工作,并取得了有效進展.相信隨著風輪葉片行業和蓬勃發展,此類改性環氧結構膠粘劑勢必會得到廣泛的推廣和使用.

3)聚氨酯(Polyurethane)

聚氨酯是一類性能優良的高分子材料,其分子中有柔性鏈,彈性、耐低溫性能和耐溶劑性好,并且其本身就有很好的粘接性,可以制成性能優良的膠粘劑.異氰酸酯與常規環氧樹脂E-51或E-44先期制得聚氨酯預聚體,達成兩端以環氧官能團封端.這樣,使聚氨酯的高彈性與環氧樹脂的高粘接性互補強化,增加環氧結構膠的韌性,能顯著提高膠粘劑的沖擊強度和耐低溫性能.是目前較成功也較成熟的一種改性環氧技術.然而此種技術是以犧牲模量的前提下獲得高增韌性能的,在風輪葉片行業,不能有效滿足風輪葉片高強高模的技術要求,也難有用武之地,各方面資料顯示,目前市場上還未見大規模應用.

4)其它環氧增韌技術

近年來,用樹枝狀超支化聚合物增韌環氧樹脂、丙烯酸酯核殼型丙烯酸酯增韌、納米材料增韌、液晶增韌等技術在結構膠粘劑工業化生產中也得到了實際應用.但此類技術的結構膠粘劑,由于固化溫度或增韌程度或其它條件的限制,對于風輪葉片的合模結構粘接來講,目前還未看到有價值的應用.

2.2葉片膠檢測指標

1)固化前特性

1.比重(Density)參照標準:DINENISO1675

2.粘度(Viscosity)參照標準:DIN53019

3.可使用時間(PotLife)（對于雙組份膠粘劑）參照標準:DIN16945，Section6.3;4-6試驗需要測試不同條件下的數據

測試環境：

a.固化后,23°C/50%/24±1hrs；

b.固化后,23°C/DistilledWater/1000±12hrs；

膠層厚度：I.0.5mm；Ⅱ.3mm；

4.拉伸剪切強度(TensileLap-ShearStrength)參照標準:DINEN1465,六個樣,FRP,主要是指單搭接,要求測試50°C條件下的數據,要求泡水1000小時后數據不小于12MPa；

5.剝離強度(PeelingResistance)參照標準:ISO11339,六個樣,鋁材,要求泡水1000小時后數據不小于2N/mm；

6.熱變形溫度(DimensionalStabilityUnderHeat)參照標準:DINENISO75-2,MethodA,六個樣,要求泡水1000小時后數據不小于65°C；

7.靜載蠕變試驗(Long-DurationShearTensionTest)參照標準:DINEN1465標準,InAStandardClimate23°C/50%RlativeHumidityAt60%OfTheMeanTensileLap-ShearStrengthFor192±2Hours,六個樣,FRP對于膠層厚度0.5mm的試件;要求蠕變應變小于0.18mm,對于膠層厚度3mm的試件;要求蠕變應變小于1mm；