2.2.3 玻璃化转变温度

叶片合模粘接后，需要在高温下进行固化，固化温度一般在70~80。环氧胶粘剂的固化物性能与固化后树脂体系的交联密度、交联结构和玻璃化转变温度等因素有关。玻璃化转变温度是衡量聚合物材料特性的重要参数之一，决定了材料的工艺性能和使用性能^[9]。在叶片实际生产中，通常把胶粘剂固化物的玻璃化转变温度作为必检项目，用来衡量胶粘剂固化的进展程度。

在70固化温度条件下，X体系和W体系的玻璃化转变温度Tg随固化时间的变化曲线见图4。由此可知，在固化条件相同的情况下，W体系由于更快达到玻璃化转变温度标准（≥70），后固化时间更短，从而有利于提高生产效率。二者均能在70固化温度条件下6 h完成后固化，保证了叶片生产效率。

 http://s15/bmiddle/001j47wazy7jRgw9TLUee&690

图4  固化时间与玻璃化转变温度关系

2.2.4 力学性能

结构胶粘剂力学性能评价和判断的主要指标有拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、剥离强度、冲击强度和疲劳性能。拉伸强度和弯曲强度为胶粘剂本体最基本的力学性能，若胶粘剂本体强度不足，则叶片在运行中可能出现胶层开裂问题；剥离强度反映了叶片结构抗剥离能力，在叶片胶接结构设计中，应尽最大可能避免剥离力矩或力；剪切强度是叶片设计和粘接失效的关键因素，在叶片运行中胶体将承受由扭转或弯曲变形引起的剪切力；冲击强度反映材料的韧性，体现在叶片瞬间受力时胶层所能吸收或抵抗外界作用力的程度；疲劳性能直接影响叶片安全服役的可靠性和寿命，环氧结构胶需要保证叶片长达20年的服役期限且不会因为叶片在使用过程中的振动导致叶片开裂和脱落^[10~12]。

X体系和W体系的力学性能测试结果见表4，由此可知，两者力学性能水平基本相当，在具备高强度高模量的同时，断裂伸长率高于3%，表明其具有良好的柔韧性。同时，抗弯曲能力、抗剪切能力、抗剥离能力均表现优良，满足海上风电叶片结构胶粘剂性能指标。两者性能差异之处在于，W体系的本体性能如拉伸、弯曲性能占优，X体系冲击韧性占优。此外，从剪切强度测试结果来看，剪切强度与胶层厚度呈负相关关系，原因在于粘接胶层越厚，其包含的缺陷越多，如微裂纹和孔洞等^[13]，形成弱粘接结构，严重影响粘接强度。

值得一提的是，疲劳性能的测试结果是特定试验条件下的结果。选定疲劳耐久试验条件为剪切试样胶层厚度为1mm，应力比R_τ=0.1，应力幅τ_a≥2.0MPa，频率f=30Hz，失效循环次数N^F=10⁶，水平间隔d=0.3MPa。由此得出疲劳耐久极限τ_D（N^F，R_τ），并根据ISO 9664标准绘制疲劳验证S/N曲线，通过幂函数表示方式S^m·N=C获得m值。

表4  风电叶片环氧结构胶力学性能对比

2.2.5 耐盐水性能

由于海上风电叶片处于高浓度的盐雾环境，本课题针对性地设计了耐盐水老化性能测试，即：把试样放置于于人工海水中，23条件下浸泡1000h后进行相关力学性能测试。人工海水盐分含量见表5，盐分总含量达3.47% 。

表5  人工海水盐分含量

力学性能测试结果见表6，与表4对比可知，盐水浸泡前后，X体系和W体系的拉伸性能、剪切性能、冲击性能均出现不同程度的下降，但仍能达到叶片用结构胶粘剂技术要求。由于水分子及含盐介质进入胶层和界面取代了胶粘剂与玻璃钢表面的粘附，从而导致界面粘接强度下降。

 表6  盐水浸泡1000h力学性能对比

3  结论

参考国内外行业标准和技术规范提出了海上风电叶片用环氧结构胶粘剂的性能指标，通过对国内外代表性胶粘剂W体系和X体系进行对比测试，结果表明，在工艺性能方面，W体系在流变特性、放热特性方面优于X体系；在力学性能方面，二者性能相近，具有高粘接强度、耐盐雾腐蚀、耐疲劳等特点，基本能满足海上风电叶片用结构胶粘剂性能指标。

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