MW级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。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 风电叶片材料体系

1.3 复合材料界面理论

1.4 聚合物基复合材料的老化研究

1.5 本文研究内容和意义

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 复合材料层和板的制备和树脂浇铸体

2.4 湿热老化试验

2.5 性能测试

2.6 状态与形貌分析

第三章 冷热老化对玻璃钢复合材料性能的影响

3.1 老化试样表观分析

3.2 复合材料的质量分析

3.3 巴氏硬度测试结果分析

3.4 静态力学性能测试结果分析

3.5 环氧树脂老化后DSC分析

3.6 动态力学性能分析

3.7 红外光谱分析

3.8 SEM结果分析

3.9 本章小结

第四章 盐雾老化对玻璃钢复合材料性能的影响

4.1 盐雾老化后树脂表观变化

4.2 盐雾老化巴氏硬度测试测试结果分析

4.3 盐雾老化静态力学性能测试结果分析

4.4 盐雾老化树脂浇铸体DSC

4.5 盐雾老化动态力学性能分析

4.6 盐雾老化红外光谱分析

4.7 盐雾老化扫描电镜结果分析

4.8 本章小结

第五章 湿热老化对玻璃钢复合材料性能的影响

5.1 湿热老化后树脂表观变化

5.2 复合材料的吸湿特性

5.3 巴氏硬度测试测试结果分析

5.4 静态力学性能测试结果分析

5.5 树脂浇铸体DSC

5.6 动态力学性能分析

5.7 红外光谱分析

5.8 扫描电镜结果分析

5.9 老化数学模型的建立

5.10 本章小结

第六章 结论

参考文献

附录

致谢