CN106047112B - 一种风电叶片模内胶衣 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电叶片模内胶衣，包括主剂和固化剂，其中的主剂包括以下重量份的组分：50‑100份的树脂A；0‑50份的树脂B；0‑100份的填料；0‑10份的助剂，树脂A为非聚醚胺类二仲胺化合物，而树脂B为聚醚胺类二仲胺化合物；模内胶衣中的固化剂用量为主剂中树脂重量的50‑100％。据此构成的模内胶衣经实验测试，相对于现有的模内胶衣，其固化时间大大缩短；同时耐候性能极大提高，实现模内胶衣的高耐候性和快速固化型，可直接取代叶片涂料涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合物，具体涉及用于风电叶片保护的胶衣。
背景技术
目前国内外功率大于1MW的大型风电叶片一般采用模外常规无气喷涂或滚涂聚氨酯涂层的工艺给环氧基体增加保护性涂层。这种涂料涂层，其基本的施工工序如下：
1、叶片的基体液态灌注树脂灌注到模具表面，固化成为叶片后脱模。
2、脱模后的叶片进行打磨等施工前处理工序。
3、在叶片表面涂装涂料，最终形成一个带保护层的叶片。
由于涂料涂层是在模外施工，因此涂料仅需要保证涂料膜在固化后的叶片树脂上有附着力，无需考虑模具及液态的叶片树脂。但是在实际应用过程中存在众多不足之处，比如，叶片毛坯需要打磨，粉尘漂浮造成产品、设备的二次污染，同时对作业人员健康带来极大不利。叶片毛坯打磨后表面针孔众多，需要使用额外的腻子进行填充。再者油漆固化、施工涂装需要占用成型之外的独立车间，此种工艺给叶片施工带来很高的设备、人员与时间成本。
鉴于涂料涂层施工所存在的众多不足之处，人们提出采用模内胶衣工艺来形成风电叶片保护层。所谓模内胶衣工艺是指在模具内部预先施工一道胶衣，待该胶衣达到指压干(标准号GB 1728)后，再在该胶衣之上进行叶片的常规灌注生产。
对于模内胶衣，其涂装对象是模具，而模内胶衣本身是灌注树脂的涂装对象；同时模内胶衣的设计必须考虑与模具的匹配性，而涂料则完全不然。
再者，胶衣必须保证在模具上无附着力，同时又需保证叶片树脂在胶衣膜上有附着力，而涂料则完全不然。
因此，模内胶衣与涂料在具体组成、设计功能、应用方式和施工方式等方面都完全不同。
现有模内胶衣主要设计目的是消除或减少叶片表面的微小缺陷，从而减少后续涂装的工作量。现有模内胶衣主要包括聚酯聚醚型聚氨酯模内胶衣和慢固化弹性聚脲型聚氨酯模内胶衣，这两种胶衣在实际的应用中普遍存在以下问题：
1.聚酯聚醚型聚氨酯模内胶衣存在占模时间长(1-5小时)，脱模难的问题。叶片模具成本都是百万级别，因此该类产品会明显降低模具的使用效率，增加隐形成本。另外，为便于脱模，需额外在模具外增加冷却系统，会直接增加成本。
2.弹性聚脲型聚氨酯模内胶衣也存在占模时间长(1-5小时)的问题，另外，由于该胶衣需额外在模具外增加冷却系统，会直接增加成本。
3.两种胶衣的耐候性都不高，保光率低。需额外施工涂层才能满足叶片的最终要求。
因此，鉴于上述的问题，现有的模内胶衣方案无法完全直接取代叶片涂料涂层方案。
发明内容
针对现有模内胶衣所存在的固化时间长、耐候性不高的问题，本发明的主要目的在于提供一种高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种风电叶片模内胶衣，所述模内胶衣包括主剂和固化剂；
所述主剂包括以下重量份的组分：
所述树脂A为非聚醚胺类二仲胺化合物；
所述树脂B为聚醚胺类二仲胺化合物；
所述固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100％。
优选的，所述非聚醚胺类二仲胺化合物为由马来酸酯类化合物或富马酸酯类化合物与非聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类刚性化合物。
优选的，所述聚醚胺类二仲胺化合物为由马来酸酯类化合物或富马酸酯类化合物与聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类柔性化合物。
优选的，所述马来酸酯类化合物为马来酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二丙酯或马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
优选的，所述富马酸酯类化合物为富马酸二乙酯、富马酸二甲酯、富马酸二丙酯或富马酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
优选的，所述非聚醚结构的伯二胺类为六亚甲基二胺、4.4’二氨基二环己基甲烷、3.3’二甲基-4.4’二氨基二环己基甲烷中的一种。
优选的，所述聚醚结构的伯二胺类为分子量为200、230、400或、600的聚醚胺。
优选的，所述填料为耐候型金红石型钛白粉。
优选的，所述固化剂为Desmodur N100、Desmodur N3300、Desmodur N3600、Tolonate HDT、异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体中的一种。
基于上述方案构成的模内胶衣经实验测试，相对于现有的模内胶衣，其固化时间大大缩短；同时耐候性能极大提高，实现模内胶衣的高耐候性和快速固化型，可直接取代叶片涂料涂层。
再者，本模内胶衣在应用时，还具有如下优点：
1、相较以上两种模内胶衣而言，具有反应迅速，占模时间(<1小时)短的优势，能够有效增加模具利用率，加快叶片整体生产效率。
2、相较耐候性聚酯聚醚型聚氨酯模内胶衣而言，具有明显耐候型优势，且很容易脱模，不需要额外增加冷却设备。
3、采用本模内胶衣的叶只需在合模位置做涂装，其它部位(约占叶片面积的90％)不需要涂装。采用旧模内胶衣的叶片则需要全部涂装涂料。
4、相较耐候性弹性聚脲型聚氨酯模内胶衣而言，具有较明显耐候型优势，以及极低的刺激性(因为反应迅速，小分子胺无法挥发)，对施工人员健康友好。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。
针对现有模内胶衣普遍存在的占模时间长，耐候性都不高，保光率低的问题，本方案提供一种以非聚醚胺类二仲胺化合物为主体的模内胶衣，据此构成的模内胶衣具有耐候性高和固化速度快的优点，可实现真正意义上的直接取代叶片涂料涂层。
基于上述原理，本方案提供的高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣，包括主剂和固化剂。
该主剂包括以下重量份的组分：
其中的树脂A为非聚醚胺类二仲胺化合物；树脂B为聚醚胺类二仲胺化合物。
而其中固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100％。
在此基础上，本方案还提供了具有协同作用的具体配方：
对于本方案中的树脂A，即非聚醚胺类二仲胺化合物，作为构成模内胶衣的主体原料，具体为由马来酸酯类化合物与非聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类刚性化合物。
作为替代方案，该非聚醚胺类二仲胺化合物还可为由富马酸酯类化合物与非聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类刚性化合物。
据此构成的该树脂，其与六亚甲基二异氰酸酯三聚体或二聚体的反应胶化时间<20min。
由此，以该树脂A作为胶衣的主体原料，能够实现胶衣快速固化干燥，减少对空气湿度的敏感性，提高胶衣的致密性，赋予模内胶衣优异的机械强度，更好地保护叶片；同时，快速固化便于增加胶衣的膜厚，减少生产叶片的占模时间，提高工作效率。
其中，马来酸酯类化合物优选马来酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二丙酯或马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
而富马酸酯类化合物优选富马酸二乙酯、富马酸二甲酯、富马酸二丙酯或富马酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
与之配合的非聚醚结构的伯二胺类优选六亚甲基二胺、4.4’二氨基二环己基甲烷、3.3’二甲基-4.4’二氨基二环己基甲烷中的一种。
对于本方案中的树脂B，即聚醚胺类二仲胺化合物，其作为构成模内胶衣的辅助原料，可不采用。该聚醚胺类二仲胺化合物具体为由马来酸酯类化合物与聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类柔性化合物。
作为替代方案，该聚醚胺类二仲胺化合物还可为由富马酸酯类化合物与聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类柔性化合物。
据此构成的该树脂，其与六亚甲基二异氰酸酯三聚体或二聚体的反应胶化时间>20min。
该树脂B由于自身的分子结构，具有优异的耐候性和柔韧性。以其作为辅助原料，可赋予模内胶衣良好的耐候性和柔韧性；而且由于树脂B自身的位阻效应，使其在与固化剂反应时有效平衡固化时间，有效改善胶衣在施工时的流平效果。
其中，马来酸酯类化合物优选马来酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二丙酯或马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
而富马酸酯类化合物优选富马酸二乙酯、富马酸二甲酯、富马酸二丙酯或富马酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
与之配合的聚醚结构的伯二胺类优选分子量为200、230、400或600的聚醚胺，如分子量为230的端氨基聚醚。
对于本方案中的填料，优选耐候型金红石型钛白粉。
耐候型金红石型钛白粉，作为一种白色颜料，可以有效提高胶衣的遮盖力、消色力、耐光和耐候性，阻止紫外线和水分透过，延长胶衣的使用寿命；同时还能够改善胶衣的物化性能，如增强胶衣的机械强度和附着力。
对于本方案中的助剂，可采用常规消泡剂、老化剂、除水剂以及其它常用助剂。
对于本方案中的固化剂，优选Covestro公司的Desmodur N100、Desmodur N3300、Desmodur N3600，Vencorex公司的Tolonate HDT或其它公司的类似产品或异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体。
根据上述协同作用的配方所形成的模内胶衣具有耐候性高和固化速度快的优点。下面结合具体实施例，进一步阐述本方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1
本实例提供一种高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣，该模内胶衣包括主剂和固化剂。
该主剂包括以下重量份的组分：
树脂A1 100份；
颜填料 0-100份；
助剂 0-10份；
其中的树脂A1为马来酸二乙酯与六亚甲基二胺通过Michael加成反应而成的聚合物。
颜填料具体为耐候型金红石型钛白粉。
其中的固化剂为Covestro公司的Desmodur N100、Desmodur N3300、DesmodurN3600，Vencorex公司的Tolonate HDT或其它公司的类似产品或异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体中的一种
且固化剂用量为主剂中树脂A1重量的50-100％。
据此构成风电叶片耐候性快速固化型聚脲模内胶衣1。
实施例2
本实例提供一种高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣，该模内胶衣包括主剂和固化剂。
该主剂包括以下重量份的组分：
其中的树脂A1为马来酸二乙酯与六亚甲基二胺通过Michael加成反应而成的聚合物。
树脂B1为马来酸二乙酯与分子量为230的端氨基聚醚通过Michael加成反应而成的聚合物。
颜填料具体为耐候型金红石型钛白粉。
其中的固化剂为Covestro公司的Desmodur N100、Desmodur N3300、DesmodurN3600，Vencorex公司的Tolonate HDT或其它公司的类似产品或异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体中的一种
且固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100％。
据此构成风电叶片耐候性快速固化型聚脲模内胶衣2。
实施例3
本实例提供一种高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣，该模内胶衣包括主剂和固化剂。
该主剂包括以下重量份的组分：
其中的树脂A2为马来酸二乙酯与4.4’二氨基二环己基甲烷通过Michael加成反应而成的聚合物。
树脂B2为马来酸二甲酯与分子量为230的端氨基聚醚通过Michael加成反应而成的聚合物。
颜填料具体为耐候型金红石型钛白粉。
其中的固化剂为Covestro公司的Desmodur N100、Desmodur N3300、DesmodurN3600，Vencorex公司的Tolonate HDT或其它公司的类似产品或异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体中的一种
且固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100％。
据此构成风电叶片耐候性快速固化型聚脲模内胶衣3。
实施例4
本实例提供一种高耐候性且快速固化型的风电叶片用聚脲模内胶衣，该模内胶衣包括主剂和固化剂。
该主剂包括以下重量份的组分：
其中的树脂A3为马来酸二甲酯与3.3’二甲基-4.4’二氨基二环己基甲烷通过Michael加成反应而成的聚合物。
树脂B2为马来酸二甲酯与分子量为230的端氨基聚醚通过Michael加成反应而成的聚合物。
颜填料具体为耐候型金红石型钛白粉。
其中的固化剂为Covestro公司的Desmodur N100、Desmodur N3300、DesmodurN3600，Vencorex公司的Tolonate HDT或其它公司的类似产品或异氰酸酯(NCO)重量含量为1～20％的脂肪族预聚体中的一种
且固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100％。
据此构成风电叶片耐候性快速固化型聚脲模内胶衣4。
实施例5该实例为一对比实例，该实例根据现有公知技术制备常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣。此为常规技术，此处不加以赘述。
实施例6
该实施例为一对比施工实验。其针对上述5例实施例所获得的4种耐候性快速固化型聚脲模内胶衣和1种常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣分别进行施工实验，并进行相应的施工数据以及紫外老化数据测量。
其中相应的测量项目数据包括表干时间，硬干时间，可脱模温度，保光率以及附着力。具体的实验测量结果见表1：
表1
| 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | 标准号 | |
| 表干时间/min | 10 | 12 | 30 | 10 | 160 | GB 1728：1979(1989甲法) |
| 硬干时间/min | 15 | 20 | 60 | 30 | 180 | GB 1728：1979(1989甲法) |
| 可脱模温度/℃ | 80 | 80 | 80 | 80 | 40 | |
| 1000h的QUV-B老化之后的保光率/％ | 80 | 70 | 80 | 60 | 10 | ISO 11507:2007 |
| 附着力/MPa | 13.2 | 14.6 | 12.4 | 14.7 | 6.7 | ISO 4624 |
由表1可知，基于本方案构成的耐候性快速固化型聚脲模内胶衣在施工时，其表干时间一般在10min左右，相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣需要160min的表干时间，只有其1/16；再者其硬干时间一般在15min-30min，相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣需要180min的硬干时间，只有其1/12-1/6；由此极大的降低了固化时间。
由表1可知，基于本方案构成的耐候性快速固化型聚脲模内胶衣在施工时，其可脱模温度在80℃，相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣40℃的可脱模温度，效率提高一倍。
由表1可知，本方案构成的耐候性快速固化型聚脲模内胶衣相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣，在相同老化条件下，保光率前者是后者的5-8倍。
由表1可知，基于本方案构成的耐候性快速固化型聚脲模内胶衣施工后的附着力，相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣的附着力，前者是后者的2倍多。
综上，本方案构成的耐候性快速固化型聚脲模内胶衣相对于常见饱和聚酯聚氨酯模内胶衣在固化速度、耐候性以及附着力等方面都有极大的提高，达到了意想不到的效果，利用其可直接取代叶片涂料涂层。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种风电叶片模内胶衣，所述模内胶衣包括主剂和固化剂；其特征在于，所述主剂由以下重量份的组分组成：
树脂A 50-100份；
树脂B 10-50份；
填料 0-100份；
所述树脂A为非聚醚胺类二仲胺化合物，所述非聚醚胺类二仲胺化合物为由马来酸酯类化合物或富马酸酯类化合物与非聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类刚性化合物；以树脂A直接作为胶衣的主体原料，能够实现胶衣快速固化干燥，减少对空气湿度的敏感性，提高胶衣的致密性，赋予模内胶衣优异的机械强度；
所述树脂B为聚醚胺类二仲胺化合物，作为辅助原料，以赋予模内胶衣良好的耐候性和柔韧性；并基于树脂B自身的位阻效应，使其在与固化剂反应时有效平衡固化时间；
所述固化剂用量为主剂中树脂重量的50-100%。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述聚醚胺类二仲胺化合物为由马来酸酯类化合物或富马酸酯类化合物与聚醚结构的伯二胺类通过Michael加成反应而成的二仲胺类柔性化合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述马来酸酯类化合物为马来酸二乙酯、马来酸二甲酯、马来酸二丙酯或马来酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述富马酸酯类化合物为富马酸二乙酯、富马酸二甲酯、富马酸二丙酯或富马酸二丁酯中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述非聚醚结构的伯二胺类为六亚甲基二胺、4.4’二氨基二环己基甲烷、3.3’二甲基-4.4’二氨基二环己基甲烷中的一种。
6.根据权利要求2所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述聚醚结构的伯二胺类为分子量为230、400或600的聚醚胺。
7.根据权利要求1所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述填料为耐候型金红石型钛白粉。
8. 根据权利要求1所述的一种风电叶片模内胶衣，其特征在于，所述固化剂为Desmodur N100、Desmodur N3300、Desmodur N3600、Tolonate HDT、异氰酸酯（NCO)重量含量为1~20%的脂肪族预聚体中的一种。
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