摘　要

　　聚氨酯(PU)是制備風力機葉片的理想材料，在加工性、成本效率和力學性能等方面，具有超過如環氧樹脂和不飽和樹脂塑性體系的優異性能。目前，定制聚氨酯系統已在商業風力發電上大展身手。

　　為氣候保護做出貢獻是拜耳公司(Bayer)承諾可持續發展和公司戰略的基礎部分。公司遵循氣候保護計劃，致力于提高資源和能源效率的化學生產方法，例如，可再生能源發電技術開發，一大重點是風能。
　　拜耳材料科學近在丹麥奧特魯普(Otterup)建立風力發電技術能力和發展中心，協調可持續發電的活動。該中心重點是新材料、新工藝或工藝優化，使制造商能生產節約成本的部件，實現高效高質。這種材料和工藝專門技術的一個實例是Baydur^®產品系列的新型聚氨酯系統，利用真空灌注技術優化風力機葉片生產。

1　真空灌注――選方法

　　真空灌注方法用于制備風力機葉片半殼體，以芯材(如balsa輕木)和非彎折連續玻璃原絲織物為基礎，鋪放于涂有脫模劑的模具中。灌注管道根據葉片的尺寸和幾何形狀分布于整個模具。在灌注過程開始前，整個結構用薄膜密封，并抽真空。計量設備使灌注樹脂液態反應混合物通過復合材料結構。這種方法的優點是增強材料玻璃纖維織物完全飽和，無任何氣泡。然后加熱模具，引起灌注樹脂化學反應。樹脂凝固和固化。后，半殼體脫模，并移除薄膜。

2　環氧和不飽和聚酯樹脂的缺點

　　到目前為止，環氧樹脂和較少的不飽和聚酯樹脂(UP)用于制造真空灌注法風力機葉片。UP樹脂的主要缺點是固化收縮高達7％，引起連續玻璃纖維收縮甚至起皺，尤其是大部件。這導致產品內部內應力和膠接強度損失，引起風力機葉片在載荷下的變形和材料失效。環氧樹脂的缺點是固化時化學反應釋放大量熱量。尤其是較厚的產品，較高的放熱峰會引起內部發熱和隨后的材料膨脹，相應地引起玻璃纖維褶皺。兩種缺點都會引起材料破壞。因此，常規做法是在熱控條件下進行固化，必要時冷卻部件。但是這包含額外的技術工作，導致明顯較高的費用和更長的制造時間。

3　快速充模

　　聚氨酯是灌注工藝相對較新的材料。新型Baydur^®樹脂已經進行商業化生產，與常規環氧體系粘度相比(至少200～300mPa?s)，固化前初始粘度僅僅為50～100mPa?s。因此，聚氨酯反應樹脂具有較好的流動性，這簡化和縮短玻璃纖維織物灌注或浸透，即使纖維壓縮密實。這也使得實現較長流動通道和較復雜的幾何模具截面更加容易。實際充模時間低至3h或更少，這取決于樹脂溫度。

4　低熱反應和極小收縮

　　聚氨酯系統固化化學反應產生較少熱量。即使在120mm厚的部件中觀察不到內部熱破壞。這就意味著固化時不需要內部冷卻，簡化了工藝管理。聚氨酯系統凝固也比環氧樹脂和其它樹脂快，使得顯著降低目前每片葉片循環周期(大約16～24h)成為可能，因此，明顯提高了生產率。這是非常重要的，因為葉片生產占風機總成本的四分之一。

5　優異的長期動態疲勞強度

　　新型聚氨酯樹脂很好地粘附在玻璃纖維上，具有良好的纖維／基體粘結，有助于聚氨酯復合材料優異的機械性能和動態特性。通常固化聚氨酯灌注樹脂在纖維方向和垂直纖維方向具有優異的拉伸、壓縮和彎曲強度，也具有良好的壓縮彈性模量和拉伸彈性模量。例如，垂直纖維方向拉伸測試時，環氧樹脂失效更早，因為它相對較脆，易撕裂。
　　相比之下，聚氨酯樹脂更加柔韌，未顯示在環氧樹脂拉伸測試中常見的脆性斷裂(見圖1)。因此，在類似的負載情況下未出現過早的層壓破壞。聚氨酯樹脂優異的長期動態疲勞強度特別值得一提。根據DIN50100(Wohler試驗)，纖維方向的疲勞測試中，證明了比標準環氧樹脂更強、長期疲勞更穩定，即使在一百萬次負載周期后(見圖2)。

6　適合于較長的風力機葉片

　　聚氨酯系統優異的力學性能、固化時低的放熱、固化幾乎無收縮使得生產厚壁和大的部件更加容易。這就是說利用聚氨酯系統生產非常長的風力機葉片毫不費力。
　　現代化設備已用于聚氨酯灌注樹脂風力機葉片無溶劑生產。HOBERS公司(德國Bocholt)與拜耳材料科學合作，研究和定制可控制造技術，因而具有恒定的充模工藝。技術重點包括原材料非常細致地脫泡和精確地計量混合技術，聚氨酯原材料組分異氰酸酯和多元醇能夠連續、無氣泡和按需混合。這樣，在灌注過程中通常提供同等質量的聚氨酯反應樹脂。這就意味著充模工藝固定，灌注時間可重復。在灌注過程中也能控制灌注速度和壓力。