鹽霧老化測(cè)試咨詢中心|佛山第三方金屬檢測(cè)單位
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風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，其開(kāi)發(fā)潛力已被各國(guó)所認(rèn)可。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(簡(jiǎn)稱風(fēng)電葉片)有效捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件。在發(fā)電機(jī)功率確定的條件下，如何提高發(fā)電效率以獲取更大的風(fēng)能，一直是風(fēng)力發(fā)電追求的目標(biāo)，而捕風(fēng)能力的提高與葉片尺寸密切相關(guān)，而葉片尺寸的大小則主要依賴于制造葉片的材料，目前葉片的材料體系有基體材料、增強(qiáng)材料和夾心材料。環(huán)氧樹(shù)脂由于其優(yōu)異的力學(xué)性能、粘結(jié)性能、低收縮率、低粘度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用做葉片基體材料。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及海上風(fēng)能項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，海上風(fēng)電發(fā)展十分迅速。安裝在海上的葉片要經(jīng)受空氣中鹽水和Cl-，通過(guò)人工加速老化來(lái)模擬海洋大氣環(huán)境對(duì)葉片材料性能的影響，評(píng)估海洋環(huán)境下葉片材料的耐久性，可以為葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、葉片材料的研發(fā)和壽命的預(yù)估提供依據(jù)。
目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究了鹽霧對(duì)熱固性樹(shù)脂基體復(fù)合材料性能的影響，在鹽霧環(huán)境下樹(shù)脂化學(xué)性質(zhì)基本穩(wěn)定，但在長(zhǎng)時(shí)間的鹽水浸泡下，水分子對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料起到了增塑作用，因此韌性提高，其它力學(xué)強(qiáng)度、模量下降，電性能衰減嚴(yán)重。但是這些研究都是針對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料而言，對(duì)于鹽霧環(huán)境下樹(shù)脂性能的變化以及變化的機(jī)理的報(bào)道并不多。
本文通過(guò)對(duì)鹽霧老化后樹(shù)脂澆鑄體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、力學(xué)性能分析和紅外光譜分析，得到了鹽霧老化對(duì)樹(shù)脂性能的影響，并研究了產(chǎn)生這些影響的機(jī)理。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)原材料和澆鑄體制備
本文所用樹(shù)脂為美國(guó)陶氏化學(xué)公司提供的風(fēng)電葉片專用760E/766 H環(huán)氧樹(shù)脂體系，其中，760E為樹(shù)脂，766H為固化劑，樹(shù)脂和固化劑的質(zhì)量配比為100:32。將環(huán)氧樹(shù)脂和組裝好的模具放置烘箱中70℃放置1h，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑按比例配好，攪拌均勻后放入真空脫泡箱內(nèi)，當(dāng)真空度達(dá)到—0. 1 MPa后脫泡15min，待脫泡完畢后緩慢放氣，將膠液引流注入澆鑄體模具中，然后再將澆鑄體模具放人真空脫泡箱脫泡15min，將脫好泡的澆鑄體放入烘箱中按70℃/5 h+25℃/12 h的固化工藝進(jìn)行加熱固化。
1.2鹽霧老化試驗(yàn)
試驗(yàn)設(shè)備為高鐵檢測(cè)儀器(中國(guó))有限公司生產(chǎn)的GT-7004-L鹽水噴霧試驗(yàn)機(jī);鹽霧試驗(yàn)參照GB-T 10125-1997進(jìn)行。為了較好地模擬海洋大氣環(huán)境，采用中性鹽霧條件，試驗(yàn)溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的分析純NaCl的水溶液，試驗(yàn)溫度為35℃。連續(xù)噴霧50天.每隔10天取一組樣。
1.3 DSC分析
試驗(yàn)設(shè)備為德國(guó)NETZSCH公司生產(chǎn)的STA449C型差示掃描量熱儀(DSC)。試驗(yàn)條件：測(cè)試時(shí)的升溫速率為10℃/min,溫度范圍為30一30090，在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。
1.4紅外光譜分析
紅外光譜分析采用傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)熱電一尼高力儀器公司，型號(hào)：Nicolet 380，實(shí)驗(yàn)環(huán)境：溫度為25℃，濕度為60%，采用壓片法取樣。
1.5靜態(tài)力學(xué)分析
樹(shù)脂澆鑄體的拉伸、彎曲性能使用美特斯工作系統(tǒng)(中國(guó))有限公司生產(chǎn)的CMT5105型電子式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。拉伸、彎曲過(guò)程加載速度為2mm/min，分別按國(guó)標(biāo)GB/T2568-1995和GB/T2570-1995實(shí)驗(yàn)方法測(cè)試，每組式樣8個(gè)，取平均值。
2、結(jié)果與分析
2.1 DSC分析
環(huán)氧樹(shù)脂鹽霧老化10天、20天、30天、40天、50天的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)如圖1所示，鹽霧10天老化的Tg為60℃，和老化前比略有上升;鹽霧老化20天時(shí)Tg為62℃，和老化前比提高了7℃;老化進(jìn)行到30天時(shí)，Tg呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。老化30天、40天、50天的Tg分別為55℃ ,52℃ ,51℃。分析表明，在前20天的老化過(guò)程中樹(shù)脂近進(jìn)一步固化，交聯(lián)密度和分子量均增大，因此導(dǎo)致Tg上升;水分子的浸入，在樹(shù)脂中形成氫鍵從而導(dǎo)致Tg提高。經(jīng)過(guò)20天鹽霧老化后，大量水分子浸人樹(shù)脂增塑作用占主導(dǎo)作用，從而導(dǎo)致Tg下降。
圖1鹽霧老化后的天Tg
2.2紅外分析
樹(shù)脂老化前和鹽霧10天、20天、30天、40天、50天老化后的紅外光譜圖如圖2所示，老化前1090cm -1處出現(xiàn)了主鏈醚C-0-C的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰;1252cm-1處和840cm-1處出現(xiàn)了環(huán)醚的對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰;2870cm-1處出現(xiàn)——CH3對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在2960cm-1處出現(xiàn)一CH，反對(duì)稱的伸縮振動(dòng);2930cm-1附近的寬吸收帶為醋環(huán)飽和碳的碳?xì)湔駝?dòng)，由于環(huán)氧樹(shù)脂本身是羥基物質(zhì)，因此經(jīng)基吸收峰的面積比較大，3420cm-1處的吸收峰為狡基中的一OH 吸收峰。經(jīng)過(guò)10天鹽霧老化后，1090cm-1, 1510cm-1,1610cm-1,3420cm-1處的吸收峰加強(qiáng)，分析表明經(jīng)過(guò)鹽霧10天老化后樹(shù)脂發(fā)生后固化，進(jìn)一步交聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致吸收峰加強(qiáng)。由于樹(shù)脂受吸濕的影響，水分子介入交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，因此鹽霧20天、30天、40天、50天老化后各吸收峰強(qiáng)度明顯減弱。
2.3靜態(tài)力學(xué)分析
圖3和圖4分別為環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)鹽霧10天、20天、30天、40天、50天老化后拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的力-位移載荷圖。由拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的力-位移曲線可知，環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄體的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。老化10天后的拉伸強(qiáng)度下降不明顯，經(jīng)過(guò)20天、30天、40天、50天老化后拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，彎曲強(qiáng)度不斷下降，老化10天后的彎曲強(qiáng)度下降明顯，經(jīng)過(guò)20天、30天、40天、50天的老化，下降速率減慢但一直保持下降的趨勢(shì)表1為鹽霧老化后各項(xiàng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)，到50天老化后拉伸強(qiáng)度為58MPa，和老化前相比下降了12%。50天老化后的彎曲強(qiáng)度為91. 85MPa，和老化前比下降了13%。樹(shù)脂的彈性模量隨著老化時(shí)間的增加，不斷減小，到50天的時(shí)候，樹(shù)脂的彈性模量是老化前的16%,彎曲模量也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。分析表明，吸濕對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂影響較大，水分子浸人樹(shù)脂，對(duì)樹(shù)脂起到增塑作用，因此樹(shù)脂拉伸、彎曲強(qiáng)降低，此結(jié)論也可以從圖3得到證實(shí)，經(jīng)過(guò)老化后拉伸強(qiáng)度曲線在達(dá)到屈服極限后出現(xiàn)了平緩的臺(tái)階，而且隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)平緩臺(tái)階越明顯。
3、總結(jié)
經(jīng)過(guò)10天、20天、30天、40天、50天鹽霧老化后，樹(shù)脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在第10,20天的時(shí)候玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升，第20天的時(shí)候，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到62℃，比老化前提高了7℃，在30天、40天、50天呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)鹽霧50天老化后飛為51℃，和老化前比下降了4℃隨著老化時(shí)間的增加，力學(xué)強(qiáng)度下降，經(jīng)過(guò)50天的鹽霧老化后，樹(shù)脂澆鑄體的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別下降了13%和12%;彈性模量是老化前的16%，彎曲模量也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降了9%。
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