[发明专利]一种风电叶片轻质高强芯材的制备方法

说明书

本发明公开了一种风电叶片轻质高强凝胶芯材的制备方法，本发明属于高分子材料技术领域，制备的风电叶片凝胶芯材具有IPN互穿聚合物网络结构，具有良好的延展性，适用于抗疲劳性能要求高的风电叶片与聚酯和环氧树脂系统兼容,不需要对夹芯表面进行特殊处理，就能保证夹芯和面板的良好粘接,高热变形温度和操作温度适应叶片固化温度，显著降低成型时间,不含卤素，不释放对环境有害的物质，相对于其他夹芯材料更环保，具有持久的动态性能和抗剪切强度，进而能用于打造机械强度和抗疲劳性能无比卓越的轻型复合材料，拥有高剥离强度，确保其与表层材料紧密粘结，使风电叶片更加持久耐用，而且具有很高的运转稳定性。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种风电叶片轻质高强凝胶芯材的制备方法。

背景技术

夹芯材料是风电叶片的关键材料之一，为增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能力，在叶片的前缘、后缘以及剪切等部位，一般都会采用夹层结构。目前，用于风电叶片的主流夹芯材料为交联PVC泡沫和balsa轻木。把强度较高的balsa木（密度为150kg/m³）用于承受载荷较大的靠近叶根的部位，交联PVC泡沫（密度为60kg/m³）用于承载较小的靠近叶尖的部位，从叶根向叶尖方向，夹芯材料的厚度逐渐减小，也有个别叶片厂家只使用balsa木或PVC泡沫。芯材主要用作玻璃纤维夹芯结构的芯层，在提高叶片刚度的同时，减轻叶片的重量，使用在风机叶片壳体蒙皮处和叶片中间的结构梁处。目前使用的泡沫芯材还有苯乙烯丙烯腈泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚甲基酰亚胺泡沫材料等，但因价格较高，性能不均衡使用较少。每种泡沫因为材质和成型工艺不同导致性能不同，将直接影响泡沫芯材的性能。目前市场上的主流泡沫芯材技术缺陷是与复合材料的黏结强度低、材料质量、材料的耐热性差、化学耐受性差、韧性低以及抗疲劳强度差等。叶片芯材是风电叶片的关键材料，可以防止局部失稳、提高整个叶片的抗载荷能力。芯材占叶片材料成本的10~15%，占有很大比重，巴沙轻木和PVC泡沫是叶片芯材的主要品种，其中巴沙木为主、PVC泡沫为辅。巴沙轻木依赖厄瓜多尔，据传，全球90%以上的轻木都是来自于厄瓜多尔，需要5~7年的生产周期，需求紧张价格上涨时，达每立方米万余元。芯材在使用时，树脂被吸入现有的芯材内部从而增加叶片的重量。由于叶片的前缘、后缘均为壳体和交联固化的泡沫芯材，所以在使用前要对现有的泡沫板进行特别的处理，包括热处理和机械处理，然而现有的芯材材料，无论是轻木还是交联PVC或、酚醛、环氧、等泡沫塑料，都是交联固化的，不溶不融，主要增加额外步骤处理，且难以回收利用再加工，例如，CN2017100922347公开了一种PVC泡沫芯材及其生产工艺，但制得的PVC泡沫芯材，密度低、强度高，可用于风电叶片等产业领域，适用的是异氰酸酯和聚氯乙烯交联的产物，并不能避免上述自身附带的缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种风电叶片轻质高强凝胶芯材的制备方法。

一种风电叶片轻质高强凝胶芯材的制备方法，包括以下步骤：

（1）按重量份数计，将4~6份二异氰酸酯溶解于35~38份丙酮中，将0.6~0.8份氨丙基聚二甲硅氧烷溶解于另外25~32份丙酮中形成溶液，在磁力搅拌下将此溶液缓慢滴加到二异氰酸酯丙酮溶液中，滴加完毕后继续搅拌反应0.5~1h，后向反应釜中加入29~31份去离子水，将反应釜静置于30℃的恒温水浴中，澄清的溶液逐渐变为乳白色，反应1~2h后将产物离心分离，70℃下真空干燥得到，多孔有机硅预聚物；

（2）按重量份数计，将10~13份正硅酸乙酯、15~16份聚甲基聚硅氧烷溶解于50~56份四氢呋喃，搅拌10~15分钟使反应物混合均匀，滴加2~4份质量分数2~3.5%的乙酸溶液，在25~30℃搅拌下水解24小时后，得到稳定的醇溶胶,在30℃下，边搅拌边缓慢滴加2~5份质量分数4~5%的氨水，继续搅拌10~15分钟，得有机硅醇溶胶；