一种风机叶片用改性玻璃纤维树脂预浸料及叶片的制作方法

本发明涉及复合材料，具体涉及一种风机叶片用改性玻璃纤维树脂预浸料及叶片。

背景技术：

1、海洋装备用风机叶片主要由复合材料叶身、复合材料接头、叶身涂层、前缘金属包边以及胶皮等组成。因为海上特殊的工作环境，且风机叶片需要长期不停地工作，因此风力机叶片必须经受的住恶劣环境下的运行考验，必须满足一定的强度及刚度要求，并需具有较轻的重量、耐腐蚀等特性。风机叶片对材料要求很高，因此目前广泛采用纤维增强树脂基复合材料制造风机叶片。

2、纤维增强树脂基复合材料的种类繁多，按照基体材料分类是最通用的方式，可分为热塑性复合材料和热固性复合材料两大类。纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强、可设计性好，工艺性能佳、耐化学腐蚀、耐烧蚀等优点。

3、当前，大多纤维增强复合材料产品是用预浸料铺叠固化而成的。预浸料是纤维增强复合材料的基本结构单元，复合材料的力学性能与化学性能在很大程度上取决于预浸料的质量，而复合材料的成型工艺性与预浸料状态也密切相关。预浸料的性能优劣关系到纤维增强复合材料的质量。因此，预浸料对复合材料的应用和发展具有重要意义。

4、纤维增强树脂基复合材料目前已逐渐成为当今风机叶片的首选，且风机叶片多采用玻纤增强复合材料，其中增强材料一般为玻璃纤维，因此不断提升玻璃纤维的性能，对于风机叶片整体性能的提升十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种风机叶片用改性玻璃纤维树脂预浸料及叶片，其中改性玻璃纤维/树脂预浸料中各原料相互配合，可使通过固化等步骤制备得到的风机叶片质量轻，且具有较高的强度和韧性，耐冲击性能好。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、一种风机叶片用改性玻璃纤维/树脂预浸料，包括以下重量百分比的原料：二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布45-57％、环氧树脂胶液43-55％；

4、所述环氧树脂胶液包括以下重量份的原料：环氧树脂100份、二氧化钛包覆纳米氮化铝1.2-2.2份、固化剂27-36份、固化促进剂1-1.8份。

5、优选的，所述二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布的制备方法包括以下步骤：

6、(1)向反应釜中加入乙醇和四乙氧基硅烷，混合搅拌后，再向反应釜中加入水、六偏磷酸钠，并采用醋酸将ph值调整为3-4，得混合液，然后将玻璃纤维布浸渍于上述混合液中，并封闭反应釜；

7、(2)将反应釜置于烘箱中，升温至90-100℃水热反应3-3.5h；然后将反应釜温度降至60℃以下，取出玻璃纤维布并进行水洗、真空干燥，得二氧化硅改性玻璃纤维布；

8、(3)向另一反应釜中加入水、巯基琥珀酸、邻苯二酚和丙烯酸，混合搅拌后，得丙烯酸混合液，并将二氧化硅改性玻璃纤维布浸渍于丙烯酸混合液中；然后升温至80-85℃，边搅拌边滴加过硫酸铵/偶氮二氰基戊酸水溶液，滴加时间为2-3h；滴加完毕后密封反应釜，继续在80-85℃下保温2-3h，然后冷却至室温，取出玻璃纤维布后采用无水乙醇洗涤，再进行真空干燥，即得所述二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布。

9、优选的，步骤(1)中，所述玻璃纤维布为无碱玻璃纤维布，无碱玻璃纤维布的形式为单向布，所述玻璃纤维布的面密度为200-500g/m2。

10、优选的，步骤(1)中，所述四乙氧基硅烷、乙醇、水、六偏磷酸钠的质量比为1:(2-3):(5-7):(0.05-0.1)；所述无碱玻璃纤维布与混合液的质量比为1:(18-25)。

11、优选的，步骤(3)中，所述水、巯基琥珀酸、邻苯二酚、丙烯酸的质量比为100:(0.15-0.5):(0.25-0.5):(5-8)；

12、所述二氧化硅改性玻璃纤维布与丙烯酸水溶液的质量比为1:(20-25)；

13、所述过硫酸铵/偶氮二氰基戊酸水溶液中过硫酸铵的质量分数为2.5-4％，偶氮二氰基戊酸的质量分数为1-2.5％；所述过硫酸铵/偶氮二氰基戊酸水溶液与丙烯酸水溶液的质量比为(6-10):100。

14、优选的，所述二氧化钛包覆纳米氮化铝的制备方法包括以下步骤：

15、1)向水中加入纳米氮化铝、十二烷基二甲基氧化胺，搅拌分散后得纳米氮化铝悬浮液，并升温至70-75℃；

16、2)然后边搅拌边向纳米氮化铝悬浮液中缓慢滴加四氯化钛水溶液，滴加时间为7-10h，在滴加过程中，同时滴加氢氧化钠溶液调节反应体系的ph值，使ph值保持在4-5之间；四氯化钛水溶液滴加完后，继续搅拌10-20min，然后进行离心洗涤、真空干燥，即得所述二氧化钛包覆纳米氮化铝。

17、优选的，步骤1)中，所述纳米氮化铝悬浮液中，纳米氮化铝的质量分数为7-12％，十二烷基二甲基氧化胺的质量分数为0.3-0.5％。

18、步骤2)中，纳米氮化铝悬浮液与四氯化钛水溶液的质量比为1:(0.2-0.3)；所述四氯化钛水溶液的制备方法为：向100份去离子水中加入15-20份四氯化钛，搅拌混合，即得四氯化钛水溶液；所述氢氧化钠溶液的质量分数为7-10％。

19、优选的，所述环氧树脂为双酚a环氧树脂；所述双酚a环氧树脂优选环氧树脂e51或环氧树脂e44；所述固化剂为固化剂d230；所述固化促进剂为2-甲基咪唑。

20、优选的，所述风机叶片用改性玻璃纤维/树脂预浸料通过下述方法制备得到：采用涂布机在离型纸上涂布环氧树脂胶液，使离型纸上形成厚度均匀的胶膜，再将二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布与胶膜进行复合，复合温度为60-70℃，即得。

21、作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种叶片，所述叶片包括叶片本体，该叶片本体包括叶身和接头，所述叶片本体的制备原料包括上述风机叶片用改性玻璃纤维/树脂预浸料。

22、本发明的有益效果为：

23、1、本发明的预浸料中，采用二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布作为增强材料，该增强材料中，玻璃纤维布表面负载有纳米二氧化硅，一方面二氧化硅可进一步增强玻璃纤维布的强度，另一方面二氧化硅在玻璃纤维布表面形成锚点，使玻璃纤维布环氧树脂之间的结合力更强，从而可有效提升所得风机叶片的强度、韧性等；此外，负载的纳米二氧化硅可增使聚丙烯酸更好的在玻璃纤维布表面进行接枝。而在玻璃纤维布表面接枝聚丙烯酸，玻璃纤维表面基团丰富适宜，可进一步加强玻璃纤维与环氧树脂之间的结合性能，提升风机叶片的力学性能，且使用性能更加稳定。

24、本发明在制备二氧化硅/聚丙烯酸复合改性玻璃纤维布时，通过水热反应进行二氧化硅的负载，且通过合理控制原料的加入，并优化参数设置，使玻璃纤维布表面负载的纳米二氧化硅更加均匀。在聚丙烯酸接枝工艺中，适宜的原料配置，使整体接枝效果好。

25、2、本发明的预浸料中，加入的二氧化钛包覆纳米氮化铝为一种纳米材料，但具有较好的分性能，能较好的分散于预浸料。二氧化钛包覆纳米氮化铝中，二氧化钛包覆于外层，可很好的提升风机叶片的耐腐蚀性能，很好的抵抗盐水和一些酸性环境的腐蚀，而纳米氮化铝作为内核，其具有高强度，耐磨、耐热性能好，可提升风机叶片的强度、耐冲击性能以及耐热性能等。

26、3、本发明改性玻璃纤维/树脂预浸料中各原料相互配合，可使通过固化等步骤制备得到的风机叶片质量轻，且具有较高的强度和韧性，耐冲击性能好。