环氧树脂体系在风力机中的应用、回收与更新

　　研究发现，环氧树脂与一些特定的纳米有机粒子相混合后，会产生协和效应——显著提高材料的韧性。[14]某些纳米粒子与特定固化剂混合后，显著提高材料的韧性，但不降低热性能，对初始粘度的冲击也不大。[15]一般双酚A环氧树脂固化后较脆，温度敏感性较高，力学和热学性能较低。纳米碳管具有独特的物理性能：密度很小（钢的1/6）、高强度（拉伸强度50～200GPa[钢的100倍]）、高模量（600 GPa）和优异的柔软性，是前者的理想增强材料。这并不是有机相与无机相的简单加和，而是纳米碳管和环氧树脂在纳米范围内结合形成，界面间存在较强或较弱的化学键，实现集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性能于一体的崭新复合。纳米碳管是强催化剂，可降低树脂的反应温度。当材料受力、破坏时，其优异的柔软性可吸收能量，提高树脂的强度。[27]Araldite™ EP1000AB新型纳米增韧环氧胶粘剂（Huntsman公司），含特种分散型有机纳米粒子（亚微级），可抑制微裂纹扩大，同时使连续固化的环氧基体耐高温。选用特种固化剂，不用热压罐，低于100℃固化；室温储存期＞6个月。力学性能优异，使用简便，可用于粘结、修补叶片等。[16]
　　2.5新颖的FRP成型工艺
　　2.5.1微波固化工艺
　　微波固化具有独特的“场效应”和快速“体加热”特性，因而粘结剂固化速度快且均匀、粘结质量高，在快速修复飞机等航空装备中具有巨大潜力。 [28]FRP叶片、叶片模具的厚度和面积都较大，因此，物料固化过程中热量散布困难且不均匀，传统的固化工艺（电加热原理）无法快速而均匀地把热量传递到物料内部。德国ITC(弗劳恩霍夫化学研究所)利用树脂可吸收微波的原理，研究成用于碳纤维复合材料的微波固化工艺。研究说明，微波加热的复合材料物料的粘度较低，使其室温下变硬速度较慢，纤维更易融入树脂基体里，工艺修正时间很宽裕。该工艺的效率高、制品质优，废品、污染物极少，但对固化物件的安放位置要求精准、严格。[17]
　　2.5.2快步工艺（quickstep）[18]
　　快步工艺(西澳大利亚尼尔·格拉哈姆发明)，利用流体（如：水）的热传导，通过流体震动，工作压力1～4磅/英尺2，高压炉的工作压力60～200磅/英尺2，属独特的充液、平衡压力、流动塑造工艺。加工时间约1h，可加工层压板、蜂窝式和泡沫芯夹层结构等制品。制品里的纤维含量很高（＞70%），孔隙含量极少，质量和性能优异。
　　3 修复叶片用环氧树脂体系
　　3.1正运行叶片破损自修复环氧树脂体系
　　3.1.1概 述
　　由于风力机的安装高度很高，人手根本够不着，而且叶片正处于运转状态，若叶片出现破损[注]，根本不可能进行修复（[注]：风力机叶片在野外长年累月运转，不仅承受着强大的风载荷，还经受着大气冲刷、砂石粒子冲击、强烈的紫外线照射等恶劣环境侵蚀，从而老化、折断、分离以致破坏。[19]）。其唯一根本的解决方案就是：叶片（具体地说叶片壳体表层）材料自身具有自修复功能机制。这里所指的“破损”只限于肉眼不能明显察觉的裂纹、微孔、表皮瑕疵。该瑕疵虽然微小，若不及时修复，在恶劣环境腐蚀、紫外线照射下，势必扩大、蔓延以致破坏整个叶片，酿成风力发电严重事故。
　　3.1.2自修复环氧树脂体系
　　英国Bristol大学宇航工程系与Hexcel Composites公司，共同研制成叶片自修复技术（模拟修复技术）[注]。叶片材料是CF/环氧树脂。叶片壳体表层里面镶嵌着许多粗空心玻纤，空心玻纤里盛着环氧树脂体系（环氧树脂、潜伏性固化剂和抗紫外线剂等）。当叶片壳体表面出现肉眼不能明显察觉的裂纹、微孔、表皮瑕疵时，空心玻纤里盛的环氧体系立即溢出，弥封住裂纹（或微孔），进而蔓延、覆盖着破损区域。此刻，环氧树脂与潜伏性固化剂和抗紫外线剂互相掺混，产生固化反应而固化。从而使叶片的结构整体性得以恢复，达到叶片原始强度的80～90%（[注]：此外，该技术主要用于修复飞机、宇宙飞船、汽车等）。预计，该技术将在宇宙飞船上会很快推广应用，未来5年内将商业化。另外，美国伊利诺伊大学已进行了类似的研制项目，但选材不同：树脂是双环戊二烯，潜伏性固化剂含稀有金属钌。[20]