高分子材料研究进展
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性 价 比 靠 近 叶 真空渗透工 ② 使用温度：-240℃ ~ 80℃ 高 尖 的 部 艺（Gurit） 位 PET ① 在同样密度时强度和硬度比PVC 性 价 比 叶 片 壳 熔融挤出法 泡沫低，PET无法提供显著的减重 更高 板 的 尖 效果 端10米 ②比轻木的一致性好 ③ 可100%回收再利用 独特的固体 PMI ①耐温性好，热变形温度（180 ~ 价格高 240℃） 发泡技术 ②在密度相同时,PMI为强度和刚度 最高的泡沫
乙烯基酯
与不饱和聚酯和乙烯基酯叶片匹 配，常温固化，生产周期短
荷兰DSM
Neobond 6100-w-3 EnguardBP 6200 ARF
美国Ashland
德国Henkel 美国ITW Plexus MA590 Macroplast UK 1340
聚氨酯
并未撼动环氧胶黏剂的市场地位 黏度小，操作时间长，柔韧性超 强，抗剥离，耐疲劳，但气味难 闻，刚性和工艺性相对较差
通过纤维增 强来弥补力 学性能的不 足
2.7 PU泡沫
定义： 通常是由多元醇、异氰酸酯、发泡剂、稳
定剂、催化剂及其他助剂制得，属于高交联度、低密 度闭孔网状结构泡沫体。 特点：① 绝热性能优良 ② 发泡成型和机械加工简单 ③ 与其他结构夹芯材料比，PU硬泡力学性能 表现一般 ④ 价格便宜 研究方向：通过纤维增强来弥补力学性能的不足 制造企业：美国WebCore公司 TYCOR® W 美国Kayco复合材料公司 Kay-cell
MFE-RTM-200和 MFE-VARIM-200
商品化
·主要研究目标
针对叶片用乙烯基酯树脂的研究重在性能改进，改进目标之一是为 达到抗微裂和更薄的目的而增加其固化态的塑变性；另一目标是优化固 化的外形，缩短周期，在不影响性能综合平衡的情况下降低峰温。
1.6 树脂成型工艺进展
·工艺类型和发展
VARTM
RTM
预浸料铺放、拉挤、纤维缠绕
手糊、模压
·典型的VARTM工艺图
2. 芯 材
2.1 高分子芯材简介
▼芯材作用
减轻叶片重量
增强结构Leabharlann Baidu度 防止局部失稳 提高抗载荷能力
PVC泡沫
PET泡沫
PMI泡沫 PEI泡沫 SAN泡沫 PU硬泡沫
▲材料类型
两种硬质泡沫夹芯材料的GL认证最低指标
硬质泡沫 考核指标 表观密度 测试标准 数值 60 200 单位 Kg/m3 kg/m³ Mpa Mpa Mpa Vol.-% 尺寸
特点 PEI
①使用温度较宽，-194℃～180℃ ②吸水率低，仅为0.25%
价格 应用 生产工艺
昂贵 目前最优秀 的方法---熔 融挤出法 熔融挤出法
SAN ①
PU
具有交联PVC泡沫的大部分静力特性，但延伸 接 近 PVC 率、韧性更高些，抗冲击性能也更好 ② PVC泡沫一般使用增塑剂来提高聚合物韧性， 而SAN泡沫是聚合物本身具有韧性 ③ 抗压强度和剪切强度比常用的交联PVC泡沫差 ④ 耐热性比PVC泡沫好 ① 耐温性能好：-100℃～150℃ 便宜 ② 绝热性能优良 ③ 发泡成型和机械加工简单 ④ 与其他一些结构夹芯材料比，PU硬泡力学性 能表现一般
技术领域 所属行业 任务来源 创 新 性
化学与化工材料 制造业 自选 国内首创
风力发电叶片用高分子材料研究进展
2011.11.25
前言
风电装机总量(WM)
250000
新增装机
累计装机
200000
150000
100000
50000
0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
结语
• 近年来，风电产业获得了飞速发展，造就了上 游原材料行业百花竞放的发展局面，众多的制造 商和科研机构针对制造叶片使用的高分子材料进 行了广泛研究，不仅产生了很多技术成果，而且 涌现出一批各具特点的商业化产品，从而推动了 高分子复合材料技术的进步。 • 风电正在向大型化、海洋化发展，此类叶片对 于原材料的技术要求将更高，因此，叶片原材料 供应商与从事高分子材料研究的机构和研究者， 应顺应叶片发展的主流趋势，积极开展更为细致 深入的材料科学研究，将叶片原材料的技术水平 推向更高端，为高分子材料更广阔领域的应用提 供可行性保障。
④阻燃技术；
⑤工艺性研究。
4. 涂 料
4.1 叶片涂料简介
▼涂料性能要求
高附着力
高耐磨蚀性 高耐候性 高致密性 低温柔韧性 强耐盐雾性（海上）
4.2 涂料认证和达标要求
·涂料GL认证要求
密度、黏度、不挥发物含量、弯曲测试、附着力、抗磨蚀性、光 泽度和耐候性要求检测，给出了检测标准方法，但未给出指标。
·863计划对涂料的要求
产品技术指标为：附着力≥5MPa；自然表干/8h，40℃烘干/3h； 耐磨性500g/500转≤20 mg；耐盐雾≥2000h无脱落，附着力保持80%； 耐砂尘试验满足GB2423.37-89。
4.2 涂料认证和达标要求
863计划对涂料的要求 项目 附着力 干燥时间 自然表干/h 40℃烘干/h 耐磨性500g/500转/mg 耐盐雾 耐砂尘试验 指标 5 ≤8 ≤3 ≤20 ≥2000h无脱落，附着力保持80% 满足GB2423.37-89
丙烯酸酯
3.3 胶黏剂研究方向和进展
·研究进展
许愿等人还对胶黏剂疲劳性能展开了研究， 提出了一套用于结构胶寿命表征的实验方案。 姚其胜等人面对海上风电发展的需要，采 用高温盐水浸泡法和盐雾试验法，考察了三种 胶黏剂产品在耐海水和耐盐雾方面的性能。
·研究方向 ①环氧和乙烯基酯增韧 技术； ②聚氨酯增强技术； ③凝胶时间控制技术；
3. 胶 黏 剂
3.1 胶黏剂材料认证要求
·表 GL认证主要要求
项目 拉伸剪切强度 剥离强度 热变形温度 长期蠕变实验192±2h 单位 MPa N/mm °C 数值 ≥12 ≥2 ≥65
≤0.18mm/0.5mm ≤1mm/3mm
测试条件为：分别在温度23℃，湿度50% 处理24±1h 以及 23℃蒸馏水下浸泡1000±12h
胶衣 无溶剂聚脲底漆 水性聚氨酯面漆
4.3 涂料市场研究概况
·主要供应商
德国Bergolin、美国PPG、德国Mankiewicz、意大利Mega、中国 永新等。
·中国主要研究单位
中国涂料工业协会、常州涂料化工研究院、北方涂料化工研究设 计院、湖南湘江涂料集团、江苏普兰纳涂料公司等。
·未来发展趋势
▼四类基础材料 ☆环氧树脂 乙烯基酯树脂 聚氨酯树脂
丙烯酸酯树脂
▼选用原则
同源匹配性
结构设计要求 制造工艺特点
类别
技术特点
具有粘接性优、抗流挂性强、韧 性高、操作时间长、耐超低温（40℃以下）性能最优
制造商 产品型号
美国Hexion MGS BPR 135G系列 WD3135/3137
环氧
上海康达
≥70 ≤50
≥2700 ≥80
≥60 ≤50
1.3
性能特点
固化方式 浸润性 耐腐蚀性 放热峰 固化收缩率 VOC含量 应用 市场价格
各类叶片树脂性能特点比较
不饱和聚酯
乙烯基酯
环氧
必须加热固化 良好
常温加热都可固化 较差 不耐碱 优良
良好 较高（120～130℃） 低（≦5%） 不含交联剂 灌注、手糊、预浸 高
较低（100℃左右） 高（7～8%） 含交联剂，易挥发 灌注、手糊 灌注、手糊 低 适中
层压板的力学性能（ASHLAND)
浇铸体的力学性能（ASHLAND)
1.3 不饱和聚酯进展
·市场产品和在研技术
产品型号
Aropol G300和M300
制造商
美国Ashland
阶段
商品化
技术特点
具有高强度、高热变形温度、优良韧 性和低放热等特点，分别适用于真空 灌注工艺和手糊工艺 具备较高的机械特性和较低的材料成 本 ；后者黏度更低，尤其适用真空 导入工艺 采用DSC热分析技术和黏度实验方法 ，建立了双阿累尼乌斯流变模型，可 优化工艺参数和保证叶片质量
高性能双组分水性聚氨酯涂料更符合风电绿色能源发展概念。
5. 密 封 胶 带
5.1 VARTM工艺用密封胶带
▼密封胶带应用示意图
▼性能要求
良好的密封性和耐温性 较高的弹性模量和伸长率 较强的黏附力 冷却易剥离性 对人体友好性
▼主要产品
美国 AIRTECH AT-199 和AT-200Y 法国 AEROVAC LTS90
AIRSTONE系列 Baxxodur® 5300 和 5400
美国Dow
商品化
德国Basf
商品化
1.5 乙烯基酯树脂进展
·市场产品和在研技术
产品型号
Hydrex100HT
制造商
美国 Reichhold 中国华昌聚合 物
阶段
商品化
技术特点
具有低VOC值 (苯乙烯<35％)和充裕 的操作时间 具有小于0.2Pa•s的粘度，大于2h的 凝胶时间，后者还具有＜0.3%的超 低收缩率
Synolite™1777 和 1790-G-3 LSP-8020B
荷兰DSM
商品化
中国国防科大
在研
1.4 环氧树脂进展
·市场产品和在研技术
产品型号
MGS RIM 135系列
制造商
美国Hexion
阶段
商品化
技术特点
在长期的应用中证明了其优异的产品 品质，其价格一直居于高位 可使风轮叶片强度更高，重量更轻， 并且更容易制造 前者可将现行叶片生产周期缩短，将 生产效率提高30％；而后者则比传 统灌注体系延长了固化时间，有利于 工艺稳定操作
涂料体系 溶剂型环氧厚浆底漆 聚氨酯面漆 溶剂型聚氨酯厚浆底漆 溶剂型弹性聚氨酯面漆
价格 产品优势 低 成本低，涂膜附着力高
目前存在问题 溶剂型，气味大
弹性体系，涂膜性能优异， 较低 施工性好，成本较低；面漆 溶剂型，气味大 在叶片搬运过程中不易刮擦 施工工艺简单，施工性好， 溶剂型，气味大，喷涂时， 也可配以一道胶衣 膜厚的均一性不容易控制 底漆活化期短，施工储运对 环境友好型水性涂料，低气 环境要求较高，干燥时间长， 味，弹性体系 影响施工效率
前言
1. 树 脂
1.1 树脂材料市场应用比例
1.2 树脂材料认证要求
·表1 树脂GL认证最低指标
检测项目 拉伸强度 断裂伸长率 单位 MPa % 环氧树脂 ≥55 ≥2.5 不饱和聚酯 ≥40 ≥2.0
拉伸模量 弯曲强度
热变形温度 吸水
MPa MPa
℃ (mg@168h)
≥2700 ≥100
ISO 845
DIN 53294 50*200*15mm DIN 53294 ISO 844 60*60*50mm ISO 844 ISO 2896
剪切模量
剪切强度 杨氏模量 抗压强度 吸水率（28天后）
15 0.5
40 0.6 2
65 2.6
65 3.5 2
2.2 高分子芯材种类和特点
特点 PVC ① 具有很好的静、动力性能 价格 应用 生产工艺
溶剂型环氧丙烯酸聚氨酯漆 高 无溶剂聚氨酯底漆 水性聚氨酯面漆
高
聚天门冬基酸酯涂料
环境友好型高固体分涂料， 可以厚涂（单道涂层膜厚 很高 成本高；需控制膜厚均一性 >200μm），快干、耐候性优 异 成本高，多一道施工；胶衣 低气味，环保，胶衣和底漆 最高 和底漆较脆；面漆在叶片搬 干燥快、易打磨 运过程中易出现刮擦问题
乙烯基酯
与不饱和聚酯和乙烯基酯叶片匹 配，常温固化，生产周期短
荷兰DSM
Neobond 6100-w-3 EnguardBP 6200 ARF
美国Ashland
德国Henkel 美国ITW Plexus MA590 Macroplast UK 1340
聚氨酯
并未撼动环氧胶黏剂的市场地位 黏度小，操作时间长，柔韧性超 强，抗剥离，耐疲劳，但气味难 闻，刚性和工艺性相对较差
通过纤维增 强来弥补力 学性能的不 足
2.7 PU泡沫
定义： 通常是由多元醇、异氰酸酯、发泡剂、稳
定剂、催化剂及其他助剂制得，属于高交联度、低密 度闭孔网状结构泡沫体。 特点：① 绝热性能优良 ② 发泡成型和机械加工简单 ③ 与其他结构夹芯材料比，PU硬泡力学性能 表现一般 ④ 价格便宜 研究方向：通过纤维增强来弥补力学性能的不足 制造企业：美国WebCore公司 TYCOR® W 美国Kayco复合材料公司 Kay-cell
MFE-RTM-200和 MFE-VARIM-200
商品化
·主要研究目标
针对叶片用乙烯基酯树脂的研究重在性能改进，改进目标之一是为 达到抗微裂和更薄的目的而增加其固化态的塑变性；另一目标是优化固 化的外形，缩短周期，在不影响性能综合平衡的情况下降低峰温。
1.6 树脂成型工艺进展
·工艺类型和发展
VARTM
RTM
预浸料铺放、拉挤、纤维缠绕
手糊、模压
·典型的VARTM工艺图
2. 芯 材
2.1 高分子芯材简介
▼芯材作用
减轻叶片重量
增强结构Leabharlann Baidu度 防止局部失稳 提高抗载荷能力
PVC泡沫
PET泡沫
PMI泡沫 PEI泡沫 SAN泡沫 PU硬泡沫
▲材料类型
两种硬质泡沫夹芯材料的GL认证最低指标
硬质泡沫 考核指标 表观密度 测试标准 数值 60 200 单位 Kg/m3 kg/m³ Mpa Mpa Mpa Vol.-% 尺寸
特点 PEI
①使用温度较宽，-194℃～180℃ ②吸水率低，仅为0.25%
价格 应用 生产工艺
昂贵 目前最优秀 的方法---熔 融挤出法 熔融挤出法
SAN ①
PU
具有交联PVC泡沫的大部分静力特性，但延伸 接 近 PVC 率、韧性更高些，抗冲击性能也更好 ② PVC泡沫一般使用增塑剂来提高聚合物韧性， 而SAN泡沫是聚合物本身具有韧性 ③ 抗压强度和剪切强度比常用的交联PVC泡沫差 ④ 耐热性比PVC泡沫好 ① 耐温性能好：-100℃～150℃ 便宜 ② 绝热性能优良 ③ 发泡成型和机械加工简单 ④ 与其他一些结构夹芯材料比，PU硬泡力学性 能表现一般
技术领域 所属行业 任务来源 创 新 性
化学与化工材料 制造业 自选 国内首创
风力发电叶片用高分子材料研究进展
2011.11.25
前言
风电装机总量(WM)
250000
新增装机
累计装机
200000
150000
100000
50000
0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
结语
• 近年来，风电产业获得了飞速发展，造就了上 游原材料行业百花竞放的发展局面，众多的制造 商和科研机构针对制造叶片使用的高分子材料进 行了广泛研究，不仅产生了很多技术成果，而且 涌现出一批各具特点的商业化产品，从而推动了 高分子复合材料技术的进步。 • 风电正在向大型化、海洋化发展，此类叶片对 于原材料的技术要求将更高，因此，叶片原材料 供应商与从事高分子材料研究的机构和研究者， 应顺应叶片发展的主流趋势，积极开展更为细致 深入的材料科学研究，将叶片原材料的技术水平 推向更高端，为高分子材料更广阔领域的应用提 供可行性保障。
④阻燃技术；
⑤工艺性研究。
4. 涂 料
4.1 叶片涂料简介
▼涂料性能要求
高附着力
高耐磨蚀性 高耐候性 高致密性 低温柔韧性 强耐盐雾性（海上）
4.2 涂料认证和达标要求
·涂料GL认证要求
密度、黏度、不挥发物含量、弯曲测试、附着力、抗磨蚀性、光 泽度和耐候性要求检测，给出了检测标准方法，但未给出指标。
·863计划对涂料的要求
产品技术指标为：附着力≥5MPa；自然表干/8h，40℃烘干/3h； 耐磨性500g/500转≤20 mg；耐盐雾≥2000h无脱落，附着力保持80%； 耐砂尘试验满足GB2423.37-89。
4.2 涂料认证和达标要求
863计划对涂料的要求 项目 附着力 干燥时间 自然表干/h 40℃烘干/h 耐磨性500g/500转/mg 耐盐雾 耐砂尘试验 指标 5 ≤8 ≤3 ≤20 ≥2000h无脱落，附着力保持80% 满足GB2423.37-89
丙烯酸酯
3.3 胶黏剂研究方向和进展
·研究进展
许愿等人还对胶黏剂疲劳性能展开了研究， 提出了一套用于结构胶寿命表征的实验方案。 姚其胜等人面对海上风电发展的需要，采 用高温盐水浸泡法和盐雾试验法，考察了三种 胶黏剂产品在耐海水和耐盐雾方面的性能。
·研究方向 ①环氧和乙烯基酯增韧 技术； ②聚氨酯增强技术； ③凝胶时间控制技术；
3. 胶 黏 剂
3.1 胶黏剂材料认证要求
·表 GL认证主要要求
项目 拉伸剪切强度 剥离强度 热变形温度 长期蠕变实验192±2h 单位 MPa N/mm °C 数值 ≥12 ≥2 ≥65
≤0.18mm/0.5mm ≤1mm/3mm
测试条件为：分别在温度23℃，湿度50% 处理24±1h 以及 23℃蒸馏水下浸泡1000±12h
胶衣 无溶剂聚脲底漆 水性聚氨酯面漆
4.3 涂料市场研究概况
·主要供应商
德国Bergolin、美国PPG、德国Mankiewicz、意大利Mega、中国 永新等。
·中国主要研究单位
中国涂料工业协会、常州涂料化工研究院、北方涂料化工研究设 计院、湖南湘江涂料集团、江苏普兰纳涂料公司等。
·未来发展趋势
▼四类基础材料 ☆环氧树脂 乙烯基酯树脂 聚氨酯树脂
丙烯酸酯树脂
▼选用原则
同源匹配性
结构设计要求 制造工艺特点
类别
技术特点
具有粘接性优、抗流挂性强、韧 性高、操作时间长、耐超低温（40℃以下）性能最优
制造商 产品型号
美国Hexion MGS BPR 135G系列 WD3135/3137
环氧
上海康达
≥70 ≤50
≥2700 ≥80
≥60 ≤50
1.3
性能特点
固化方式 浸润性 耐腐蚀性 放热峰 固化收缩率 VOC含量 应用 市场价格
各类叶片树脂性能特点比较
不饱和聚酯
乙烯基酯
环氧
必须加热固化 良好
常温加热都可固化 较差 不耐碱 优良
良好 较高（120～130℃） 低（≦5%） 不含交联剂 灌注、手糊、预浸 高
较低（100℃左右） 高（7～8%） 含交联剂，易挥发 灌注、手糊 灌注、手糊 低 适中
层压板的力学性能（ASHLAND)
浇铸体的力学性能（ASHLAND)
1.3 不饱和聚酯进展
·市场产品和在研技术
产品型号
Aropol G300和M300
制造商
美国Ashland
阶段
商品化
技术特点
具有高强度、高热变形温度、优良韧 性和低放热等特点，分别适用于真空 灌注工艺和手糊工艺 具备较高的机械特性和较低的材料成 本 ；后者黏度更低，尤其适用真空 导入工艺 采用DSC热分析技术和黏度实验方法 ，建立了双阿累尼乌斯流变模型，可 优化工艺参数和保证叶片质量
高性能双组分水性聚氨酯涂料更符合风电绿色能源发展概念。
5. 密 封 胶 带
5.1 VARTM工艺用密封胶带
▼密封胶带应用示意图
▼性能要求
良好的密封性和耐温性 较高的弹性模量和伸长率 较强的黏附力 冷却易剥离性 对人体友好性
▼主要产品
美国 AIRTECH AT-199 和AT-200Y 法国 AEROVAC LTS90
AIRSTONE系列 Baxxodur® 5300 和 5400
美国Dow
商品化
德国Basf
商品化
1.5 乙烯基酯树脂进展
·市场产品和在研技术
产品型号
Hydrex100HT
制造商
美国 Reichhold 中国华昌聚合 物
阶段
商品化
技术特点
具有低VOC值 (苯乙烯<35％)和充裕 的操作时间 具有小于0.2Pa•s的粘度，大于2h的 凝胶时间，后者还具有＜0.3%的超 低收缩率
Synolite™1777 和 1790-G-3 LSP-8020B
荷兰DSM
商品化
中国国防科大
在研
1.4 环氧树脂进展
·市场产品和在研技术
产品型号
MGS RIM 135系列
制造商
美国Hexion
阶段
商品化
技术特点
在长期的应用中证明了其优异的产品 品质，其价格一直居于高位 可使风轮叶片强度更高，重量更轻， 并且更容易制造 前者可将现行叶片生产周期缩短，将 生产效率提高30％；而后者则比传 统灌注体系延长了固化时间，有利于 工艺稳定操作
涂料体系 溶剂型环氧厚浆底漆 聚氨酯面漆 溶剂型聚氨酯厚浆底漆 溶剂型弹性聚氨酯面漆
价格 产品优势 低 成本低，涂膜附着力高
目前存在问题 溶剂型，气味大
弹性体系，涂膜性能优异， 较低 施工性好，成本较低；面漆 溶剂型，气味大 在叶片搬运过程中不易刮擦 施工工艺简单，施工性好， 溶剂型，气味大，喷涂时， 也可配以一道胶衣 膜厚的均一性不容易控制 底漆活化期短，施工储运对 环境友好型水性涂料，低气 环境要求较高，干燥时间长， 味，弹性体系 影响施工效率
前言
1. 树 脂
1.1 树脂材料市场应用比例
1.2 树脂材料认证要求
·表1 树脂GL认证最低指标
检测项目 拉伸强度 断裂伸长率 单位 MPa % 环氧树脂 ≥55 ≥2.5 不饱和聚酯 ≥40 ≥2.0
拉伸模量 弯曲强度
热变形温度 吸水
MPa MPa
℃ (mg@168h)
≥2700 ≥100
ISO 845
DIN 53294 50*200*15mm DIN 53294 ISO 844 60*60*50mm ISO 844 ISO 2896
剪切模量
剪切强度 杨氏模量 抗压强度 吸水率（28天后）
15 0.5
40 0.6 2
65 2.6
65 3.5 2
2.2 高分子芯材种类和特点
特点 PVC ① 具有很好的静、动力性能 价格 应用 生产工艺
溶剂型环氧丙烯酸聚氨酯漆 高 无溶剂聚氨酯底漆 水性聚氨酯面漆
高
聚天门冬基酸酯涂料
环境友好型高固体分涂料， 可以厚涂（单道涂层膜厚 很高 成本高；需控制膜厚均一性 >200μm），快干、耐候性优 异 成本高，多一道施工；胶衣 低气味，环保，胶衣和底漆 最高 和底漆较脆；面漆在叶片搬 干燥快、易打磨 运过程中易出现刮擦问题