一种可回收风电叶片材料、其制备方法及回收方法与流程

本发明涉及风电材料，特别是一种可回收风电叶片材料、其制备方法及回收方法。

背景技术：

1、风电作为一种可再生能源近来受到越来越多的重视和开发，在整套风力发电涡轮机系统里面，风电叶片是其中最重要的组件，然而应用最广泛的风电叶片为环氧树脂玻璃纤维复合材料，环氧树脂的永久交联结构满足了风电叶片的诸多使用需求，比如尺寸稳定性、耐热性、抗蠕变性和良好的力学性能。随着可再生电力需求的持续增长，风电装机容量也迅速提升，然而环氧树脂/玻璃纤维复合材料的永久交联结构也导致了风电叶片无法回收利用。传统的处置手段包括露天堆放、填埋和焚烧。由于风电叶片中含有60wt％的无机材料(玻璃纤维)，焚烧效率较低，而且焚烧过程中，会产生大量废气，严重污染环境。风电叶片的填埋处理也无法从根本上解决风电叶片的回收难题，长埋地下还会造成地下水染污等一系列环境问题。上述传统处置手段造成大量环境问题的同时，也是资源的巨大浪费。为了保护环境、实现风电叶片可持续利用的最佳方式仍然是回收利用。

2、风电叶片的回收利用也包括下面几种方法：1、热回收法，2、机械回收法，3、化学回收法。热回收法主要是在高温、惰性气体氛围条件下，环氧树脂玻璃纤维复合材料通过热降解，除去玻璃纤维上面的热解碳，达到回收玻璃纤维的目的。然而，热解碳和玻璃纤维的结合异常牢固，分离相当困难，此外，热降解需要在很高的温度条件下进行，对设备要求较高，热解成本较高等缺点，这些都限制了热解法的推广与应用。机械回收法是通过机械处理(切割、破碎、粉碎等手段)把风电叶片变为细小颗粒，能够用于水泥制备等行业，然而机械回收法难以处理大量的淘汰风电叶片，同时设备能耗较大，成本较高，此外，复合材料粉碎过程中，容易产生粉尘污染。化学回收法主要是通过有机溶剂浸泡等手段把玻璃纤维和环氧树脂进行分离，然而环氧树脂具有永久交联的网络结构，在有机溶剂中不能溶解，只能溶胀，分离环氧树脂和玻璃纤维需要进一步的操作，使得玻璃纤维的回收困难且复杂。

技术实现思路

1、本发明提供一种可回收风电叶片材料，可以克服其永久交联结构造成的玻璃纤维难以回收利用造成资源浪费，其传统的处置手段严重环境污染的问题。

2、本发明的可回收风电叶片材料，所述叶片材料包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂、酯交换催化剂和玻璃纤维织物。

3、作为优选，酯交换催化剂为乙酰丙酮锌、醋酸锌和二氯化锌中的一种或多种。

4、作为优选，所述环氧树脂优选双酚a型环氧树脂。

5、作为优选，所述环氧树脂优选双酚a二缩水甘油醚。

6、作为优选，所述固化剂为二元酸酐。

7、作为优选，所述二元酸酐为甲基四氢邻苯二甲酸酐。

8、作为优选，固化剂中的酸酐与环氧树脂中的环氧基的摩尔比为：0.5：1-1:1，酯交换催化剂的加入量为酸酐中羧基含量的5mol％-10mol％。

9、作为优选，固化促进剂为咪唑类化合物，固化促进剂的加入量为复合材料总质量的0.2wt％-1wt％。

10、作为优选，固化促进剂为1-甲基-咪唑，2-甲基-咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑和1，2-二甲基咪唑中的一种。

11、作为优选，固化促进剂优选1-甲基-咪唑。

12、本发明还提供一种可回收风电叶片材料的制备方法，用于上述的叶片材料，包括：

13、(1)把酯交换催化剂溶解到乙醇溶液中，然后与固化剂混合均匀；

14、(2)将步骤(1)得到的溶液置于真空烘箱中，进行脱气处理以挥发掉乙醇；

15、(3)在步骤(2)得到的溶液中加入环氧树脂和固化促进剂并搅拌均匀；

16、(4)将步骤(3)得到的溶液置于真空烘箱中，进行脱气处理；

17、(5)将步骤(4)得到的溶液通过真空灌注方式加入至铺有玻璃纤维的模具中，在80℃-120℃温度下，固化5-7小时得到用于风电叶片的环氧树脂和玻璃纤维复合材料。

18、作为优选，步骤(2)和(4)中的真空烘箱内的温度为50℃，脱气处理的时间为1小时，和/或步骤(5)中的固化温度为100℃条件，固化时间为6小时。

19、本发明还提供一种可回收风电叶片材料的回收方法，用于分解上述的叶片材料，包括：将叶片材料浸入溶解有酯交换催化剂的醇类溶液中，并对溶液加热至180℃并保持2小时以上，即可分离出玻璃纤维织物。

20、作为优选，将分离出的玻璃纤维织物取出后，对剩余的溶液进行减压蒸馏，对溶剂中的环氧树脂低聚物进行回收。

21、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

22、本发明的可回收风电叶片材料利用酸酐作为固化剂，引入酯交换催化剂，使叶片材料的网络结构的交联点为酯基形成复合材料。在对此叶片材料进行回收时，将其浸入含有酯交换催化剂的醇类溶液中，复合材料中的酯交换催化剂和醇类溶液中的酯交换催化剂能够发生协同效应，能够对环氧树脂和玻璃纤维构成的复合材料的酯基交联点进行有效分解，使交联结构的热固性环氧树脂解离成直链结构的热塑性高分子，直链结构的高分子可以溶解在溶剂中，从而实现玻璃纤维织物和环氧树脂体系的分离。

技术特征：

1.一种可回收风电叶片材料，其特征在于，所述叶片材料包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂、酯交换催化剂和玻璃纤维织物。

2.根据权利要求1所述的叶片材料，其特征在于，酯交换催化剂为乙酰丙酮锌、醋酸锌和二氯化锌中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的叶片材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a型环氧树脂。

4.根据权利要求3所述的叶片材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚a二缩水甘油醚。

5.根据权利要求1所述的叶片材料，其特征在于，所述固化剂为二元酸酐。

6.根据权利要求5所述的叶片材料，其特征在于，所述二元酸酐为甲基四氢邻苯二甲酸酐。

7.根据权利要求5或6所述的叶片材料，其特征在于，固化剂中的酸酐与环氧树脂中的环氧基的摩尔比为：0.5：1-1:1，酯交换催化剂的加入量为酸酐中羧基含量的5mol％-10mol％。

8.根据权利要求1所述的叶片材料，其特征在于，固化促进剂为咪唑类化合物，固化促进剂的加入量为复合材料总质量的0.2wt％-1wt％。

9.根据权利要求8所述的叶片材料，其特征在于，固化促进剂为1-甲基-咪唑，2-甲基-咪唑，2-乙基-4-甲基咪唑和1，2-二甲基咪唑中的一种。

10.可回收风电叶片材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-9中任一项所述的叶片材料，包括：

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)和(4)中的真空烘箱内的温度为50℃，脱气处理的时间为1小时，和/或步骤(5)中的固化温度为100℃条件，固化时间为6小时。

12.可回收风电叶片材料的回收方法，其特征在于，用于分解权利要求1-9中任一项所述的叶片材料，包括：将叶片材料浸入溶解有酯交换催化剂的醇类溶液中，并对溶液加热至180℃并保持2小时以上，即可分离出玻璃纤维织物。

13.根据权利要求12所述的回收方法，其特征在于，将分离出的玻璃纤维织物取出后，对剩余的溶液进行减压蒸馏，对溶剂中的环氧树脂低聚物进行回收。

技术总结
本发明提供一种可回收风电叶片材料、其制备方法及回收方法，其中的叶片材料包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂、酯交换催化剂和玻璃纤维织物，所述固化剂为含有二硫键的芳香族固化剂。本发明的可回收风电叶片材料，可以克服其永久交联结构造成的玻璃纤维难以回收利用造成资源浪费，其传统的处置手段严重环境污染的问题。

技术研发人员：冉印,丁博,李飞,王秋萍,龚友坤,杨屹,王佳佳
受保护的技术使用者：重庆国际复合材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27