[发明专利]碳纳米管增强环氧结构胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管增强环氧结构胶及其制备方法，属于环氧树脂胶粘剂领域。

背景技术

MW级风力发电机风轮叶片及机组在非常恶劣的气候条件和交变载荷工况下全天候运行，且随着风力发电叶片的尺寸越来越大、功率越来越高，对环氧树脂的性能要求更高，包括同时具有高强度、高韧性、耐疲劳等性能，必须对基体环氧树脂进行改性。环氧结构胶粘剂的作用是把风轮叶片上、下半蒙皮壳体互相粘结，从而构成牢固的整体。每片风轮叶片大约需要环氧树脂胶粘剂的量约为300～400kg。风轮叶片用环氧结构胶粘剂需要力学强度高、抗冲击性能强、抗疲劳性能优异等。

环氧树脂（EP）自20世纪30年代国外开始使用，其含有多种极性基团和活性很大的环氧基，对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，硬度高等特点，但其韧性差，固化物偏脆，抗剥离、开裂、冲击、拉伸性能差，在拓展其应用领域受到很大的限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纳米管增强环氧结构胶，以解决现有技术中存在的上述问题，用本发明的这种环氧结构胶表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给环氧树脂胶粘剂的性能带来极大的改善。

进一步，本发明还提供了一种碳纳米管增强环氧结构胶的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明针对风轮叶片用环氧结构胶的工艺及性能要求，以国产常规环氧树脂为主体，通过添加碳纳米管增强环氧树脂改性剂来改善基体树脂的性能，以此提高环氧树脂胶粘剂的冲击韧性及抗疲劳性能；并对改性后的环氧树脂胶粘剂进行评价。

用于风轮叶片的碳纳米管增强环氧结构胶的制备：由重量配比为100：40.5～100：49.5的A组分和B组分组成，所述A组分由以下重量百分比的原料组成：环氧树脂50～68%、碳纳米管环氧树脂增强液1～10%、触变剂10～25%、添加剂0.5～12.5%和反应稀释剂2～10%。A组分的制备工艺为：将A组分的原料分别加入双行星动力混合搅拌机内，抽真空至-0.1～-0.08MPa，自转速度为500～1000转/分钟，公转速度为5～8转/分钟，机械搅拌2小时后，将其混合均匀，得到环氧树脂胶粘剂的A组分，包装放置待用。使用时，再与由以下重量百分比的固化剂90～95%和触变剂5～10%组成的B组分以100：40.5～100：49.5的配比混合，于60～70℃固化7～10小时，进行聚合反应，即可。

上述本发明的技术方案中，所述环氧树脂是含有两个或两个以上环氧基团的有机化合物，包括二官能环氧基双酚A、双酚F的环氧树脂，多官能环氧基的环氧树脂，酚醛型环氧树脂，溴化型环氧树脂，邻-甲酚醛型环氧树脂及橡胶增韧型环氧树脂中的一种或多种混合。

上述本发明的技术方案中，所述反应稀释剂是指脂肪族缩水甘油醚环氧树脂，包括烯丙基缩水甘油醚（AGE）、丁基缩水甘油醚（BGE）、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚等的一种或多种混合。

上述本发明的技术方案中，所述固化剂包括直链脂肪族胺、脂环胺、芳香族胺、聚酰胺（Aradur125、 Aradur140）等的一种或者多种固化剂混合，包括直链脂肪族胺乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、聚醚胺等，脂环胺N-氨乙基哌嗪、异佛尔酮二胺等，芳香胺间苯二甲胺、双（4-氨基-3-甲基环己基）甲烷、双（4-氨基环己基）甲烷、二氨基二苯基甲烷等。

上述本发明的技术方案中，所述触变剂为气相硅和/或有机膨润土。

上述本发明的技术方案中，所述添加剂为抗氧化剂、阻聚剂和表面活性剂中的一种或任意几种的混合物。

上述本发明的技术方案中，所述抗氧化剂为三苯基氧化磷和/或苯并三氮唑，所述阻聚剂为间苯二酚和/或对苯二酚，所述表面活性剂为聚氧乙烯烷基酚醚和/或聚丙烯酰胺。

碳纳米管环氧树脂增强液的制备工艺如下：先将基体环氧树脂预热到90～110℃,在高速分散条件下，分散盘转速为4000～6000转/分钟，分三批加入预先备好的碳纳米管，按碳纳米管重量百分比占基体环氧树脂的3%，同时加入分散剂EFKA 4061(埃夫卡公司改性聚氨酯类分散剂)，添加量占碳纳米管重量的2～8%，表面活性剂EFKA 2020（埃夫卡公司不相容性丙稀酸聚合物）添加量占碳纳米管重量的 2～5%，分散1～2小时。完成后放置备用。

该制备工艺使用的设备为：市面上常见的高速分散机，生产厂家为秦皇岛金佳机械有限公司，型号为DS200。