具有自修复功能的复合粘接材料及其在风能叶片上的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有自修复功能的复合粘接材料及其在风能叶片上的应用，所述复合粘接材料包括聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺；其中，聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺的质量比为（1~9）∶100∶（26~45）；将风能叶片的型材固定在模具之内，关闭模具并抽真空至

【技术实现步骤摘要】
具有自修复功能的复合粘接材料及其在风能叶片上的应用


[0001]本专利技术属于新能源用新材料
，涉及一种具有自修复功能的复合粘接材料及其在风能叶片上的应用。

技术介绍

[0002]风力发电机运行在恶劣的自然环境下，无法避免沙粒、雨滴、冰雹和昆虫等颗粒物对叶片表面的冲刷，导致风能叶片表面发生磨损，前缘磨损尤其严重。会导致风力机阻力大幅增加，风力机输出功率显著下降，下降幅度可达25%，并且带来运行上的安全隐患。叶片作为风力发电机组的输入端，其使用材料性能直接决定风力发电装置的输出功率及维运成本。
[0003]武汉理工大学蔺美杰硕士论文《复合材料叶片修补技术研究》，该文章首先选用了无碱玻璃纤维方格布／环氧树脂体系制备板材。通过预埋缺陷的方式制备缺陷试样，主要有气泡、浸润不均匀、干斑等。针对不同的缺陷，采用几种不同的修补方法修复，例如挖补手糊工艺、注射树脂法、填充和灌注树脂法等。修复固化完毕的试样，通过力学性能测试，研究各种方法的修复效果，总结不同缺陷适用的修补方法。结果表明：无论出现哪种缺陷，都会影响制品的力学性能；手糊修补比较适用于修补表面存在的气泡，用于内部缺陷的修补效果不好；注射树脂、填充和灌注树脂比较适用于修补内部损伤和浸润不均匀缺陷。上述各种修补方法均为人工主动修复，成本较高。
[0004]华南理工大学彭俊杰硕士论文《基于硫脲改性多元胺微胶囊与环氧树脂微胶囊的快速自修复体系》采用聚醚胺与硫脲化学反应合成改性聚醚胺（TU
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T403），分别和环氧树脂通过静电喷雾
‑<br/>界面聚合法封装成微胶囊。再将两种微胶囊按一定的比例共混，制得环氧树脂自修复样品。该思路具有较难控制的聚醚胺和硫脲化学反应，和静电喷雾
‑
界面聚合等工艺，过程复杂，成本较高。
[0005]肖春平，万里鹰等《单组分微胶囊填充型环氧树脂基复合材料自修复性能研究》和《环氧树脂
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脲醛树脂@2
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甲基咪唑微胶囊/环氧树脂复合材料的制备及自修复性能》中介绍了以一步原位聚合法制备芯材为环氧树脂（E
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51），壁材为脲醛树脂（UF）的E
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51
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UF微胶囊。该微胶囊填充在复合树脂内部，最大修复率超过90%。但是肖春平，万里鹰等在《复合微胶囊填充型环氧树脂自修复复合材料的老化性能》中确认，该微胶囊耐湿热、酸碱以及紫外线老化性能较差。
[0006]肖洋，万里鹰等《含DA键自修复硅氧烷环氧树脂性能研究》中合成了含有Diels
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Alder(DA)键的自修复硅氧烷环氧树脂（EP
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DA），专利CN112210070A公开了一种新型自修复环氧树脂固化剂及其制备方法和应用。但是论文和专利中的DA键反应的温度需要87℃甚至130~150℃的温度，反应条件苛刻，在低温和常温下修复效果无法保证。
[0007]专利CN110791053A公开了一种含微胶囊固化剂的环氧树脂组合物及其预浸料和复合材料，包括微胶囊固化剂、环氧树脂和树脂，其中各组分的重量份为：80～100份环氧树脂、15～30份微胶囊固化剂、10～20份树脂，所述微胶囊固化剂由热塑性壳体和环氧树脂固
化剂组成，其中环氧树脂固化剂包裹于热塑性壳体内部，其中微胶囊固化剂的粒径为3～20μm。该专利技术克服了现有技术中：（1）单纯采用橡胶或弹性体增韧环氧树脂，通常需要掺量达到20％才能起到增韧作用；（2）采用无机刚性粒子增韧，对刚性粒子的尺寸要求严格，太大太小都不利于增韧，另外刚性粒子需具备合适的弹性模量以及与环氧树脂基体良好的界面相容性，这就要求对刚性粒子进行改性，这将导致工艺性下降，成本提高；（3）现有的预浸料在常温下的适用期一般为30天，通常预浸料需要冷冻储存，冷冻储存温度为
‑
18℃，预浸料使用者需配备冷库或者冷冻设备，使得使用成本提高等问题。而且该专利技术含微胶囊固化剂的热塑性壳体在加热和树脂的作用下，热塑性的微胶囊逐渐坍塌，环氧树脂固化剂流出热塑性壳体或环氧树脂渗入热塑性壳体内参与反应，并不能在材料开裂的时候主动修复损伤部位。
[0008]专利CN109971125A公开了一种具有自修复的碳纤维/环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。本专利技术在碳纤维的表面上引入了呋喃基团，在环氧树脂基体中引入马来酰亚胺基团，通过可逆的双烯合成反应形成化学键接。在碳纤维/环氧树脂基体的界面遭到破坏后，可通过温和的条件控制反应的正逆进行，实现该界面的高效且多次的自修复。该专利技术不需要外加胶囊或中空玻璃纤维，降低了加工难度。但是修复条件需要加热，不适合风力发电叶片自修复使用。
[0009]专利CN114230749A公开了一种可快速自修复环氧树脂固化物、制备方法及应用。该方法在修复的时候需要对基材进行热处理，处理温度为100
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200℃，不适合风力发电叶片自修复使用。
[0010]专利CN108973185A，CN208867611U公开了一种自修复智能风电叶片。叶片由玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂复合材料通过真空灌注工艺浇注而成，环氧树脂复合材料中嵌设有并排设置的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管，第一中空玻璃管中封装有经过脱泡的环氧树脂，第二中空玻璃管中封装有环氧树脂固化剂。该第一和第二中空玻璃管设置在叶片的大梁或后缘梁上；第一和第二中空玻璃管的铺设方向与环氧树脂复合材料中纤维的铺设方向相同。第一和第二中空玻璃管长度为0 .5～1m，外径为0 .8～1 .2mm，内径为0 .5～1 .0mm。本技术自修复智能风电叶片通过设置两种中空玻璃管，在叶片基体出现裂纹时两种中空玻璃管中的修复剂流出，混合，常温下固化，实现快速修复裂纹，减少叶片疲劳源头，提高叶片使用寿命。因为中空玻璃管的铺设问题，该专利技术对叶片大梁和后缘梁具有良好的修复效果，但不会对叶片整体产生同样的修复效果。
[0011]由此可见，具有自修复功能环氧风能叶片仍然存在例如自修复需要高温、自修复范围较窄、保质期短和成本高等一系列问题。

技术实现思路

[0012]本专利技术所要解决的技术问题为：提供一种具有自修复功能的复合粘接材料及具有自修复功能环氧风能叶片的制备方法。使得环氧风能叶片整体都有自修复功能，并在室温条件下即可快速实现自修复，从而提高叶片的使用寿命、提高叶片运行的安全性能。
[0013]本专利技术的技术方案为：一种具有自修复功能的复合粘接材料，所述复合粘接材料包括聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺；其中，聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺的质量比为（1~9）∶100∶（26~45）。
[0014]所述的聚氨酯微胶囊的合成方法包括以下步骤：1）制备聚氨酯微孔泡沫白料和黑料：将聚醚多元醇、催化剂、表面活性剂和交联剂按照质量比100∶（1~3）∶（0.1~2）∶（1~5）混合制得白料，将异氰酸酯设为黑料。
[0015]2）制备含有环氧树脂的微孔泡沫：将环氧树脂、白料和黑料按照质量比20~40∶100∶（3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自修复功能的复合粘接材料，其特征在于，所述复合粘接材料包括聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺；其中，聚氨酯微胶囊、环氧树脂和复合聚醚胺的质量比为（1~9）∶100∶（26~45）；所述的聚氨酯微胶囊的合成方法包括以下步骤：1）制备聚氨酯微孔泡沫白料和黑料：将聚醚多元醇、催化剂、表面活性剂和交联剂按照质量比100∶（1~3）∶（0.1~2）∶（1~5）混合制得白料，将异氰酸酯设为黑料；2）制备含有环氧树脂的微孔泡沫：将环氧树脂、白料和黑料按照质量比（20~40）∶100∶（30~55）充分混合，经过微发泡，制得含有环氧树脂的微孔泡沫；3）制备聚氨酯微胶囊：将步骤2）制得的含有环氧树脂的微孔泡沫粉碎至粒径为0.05~5mm小颗粒，用甲醇清洗掉颗粒表面的环氧树脂，80℃烘干2~3h后，得到核内包含环氧树脂的聚氨酯微胶囊。2.根据权利要求1所述的复合粘接材料，其特征在于，步骤1）中所述的聚醚多元醇为以甘油、三羟甲基丙烷为起始剂，接枝环氧乙烷、环氧丙烷或者环氧乙烷和环氧丙烷的混合物而得的聚醚多元醇。3.根据权利要求1所述的复合粘接材料，其特征在于，步骤1）中所述的催化剂为二甲基乙醇胺、二甲基环己胺、二甲基苄胺、三乙烯二胺、五甲基二乙烯三胺、醋酸钾、辛酸钾、油酸钾、辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡中的一种或者它们的任意混合。4.根据权利要求1所述的复合粘接材料，其特征在于，步骤1）所述的表面活性剂为聚醚改性聚硅氧烷。5.根据权利要求1所述的复合粘接材料，其特征在于，步骤1）所述的交联剂为乙二醇、丙二醇、1,4
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丁二醇或甘油中的一种或者它们的任意混合。6.根据权利要求1所述的复合粘接材料，其特征在于，步骤1）所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或多苯基多次甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾正仁，房连顺，董晓红，郝银，张云，
申请(专利权)人：扬州晨化新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：