风电叶片材料双酚F环氧树脂的合成研究

【摘要】： 风力发电是国家鼓励和急需的节能环保项目。风电叶片露天工作,在承受强风载荷、砂粒冲刷、紫外线照射、大气氧化与腐蚀、酸盐腐蚀、材料成本等方面有较高的要求。目前兆瓦级风机叶片已采用碳纤维增强环氧树脂复合材料,所需的环氧树脂要求粘度低、对纤维浸透性好、耐冲击性能高、韧性好。通用型环氧树脂的粘度高、耐冲击性及耐候性差,漆膜在户外易粉化失光又欠丰满,不宜作户外用涂料和胶粘剂。研发新型风电叶片环氧树脂具有非常重要的意义。 新型双酚F环氧树脂具有粘度低、耐溶剂性强、耐冲击性能高、对纤维浸渍性和与玻璃钢复合性能好、使用成本低等优点而被看好用于制造风电叶片基制材料。 主要原料双酚F在国外已有生产,但存在高酚醛比、性能最好的对位异构体含量低、收率低、产物后处理复杂等问题,且采用了大倍数苯酚循环蒸发套用,又在加热条件下反应,造成生产成本较高。而进口双酚F价格过高,致使国内双酚F环氧树脂规模化生产很少。 论文首先用苯酚、甲醛在磷酸催化剂和甲醇溶剂存在下,进行亲电取代反应制备了双酚F,研究了原料配比、催化剂磷酸用量、反应温度及时间对产物收率及其中对位异构体含量的影响,得到了最佳工艺参数:苯酚/甲醛(mo1)=5:1,甲醇/甲醛=1:1,苯酚/磷酸=3:1,水/酸=2.5～3.0/1,反应温度45℃,反应时间5h,在此反应条件下,双酚F产品收率达92.2%(以甲醛计,即每摩尔甲醛可以得到的双酚F摩尔),所得的双酚F产物中4,4'-位异构体含量有73.2%。 再用双酚F与环氧氯丙烷在催化剂四甲基氯化铵存在下进行醚化反应,然后加入固体氢氧化钠进行环氧化脱氯反应,再精制得到双酚F环氧树脂。研究了原料配比、反应时间和温度对产品氯含量和环氧值的影响,确定了适宜的工艺条件:环氧氯丙烷/双酚F(mol)=10:1,二氯丙醇/环氧氯丙烷=0.2,四甲基氯化铵用量为2%(mol/BPF),醚化温度为80℃,时间为5h,环氧化催化剂为粉末状氢氧化钠,过量2%,闭环温度为70℃,时间为1.5～2.0h。在这一工艺条件下制得的双酚F型环氧树脂为浅黄色透明,低温流动性好,收率为91%,环氧值达到0.57,有机氯为2.1×10-4,无机氯为1.3×10-4。 经傅里叶变换红外光谱和核磁共振分析,初步确认了所合成产品为双酚F环氧树脂。 【关键词】：环氧树脂 双酚F环氧树脂 双酚F 醚化 环氧化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ323.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景与意义9-12
• 1.1.1 国内外风电发展现状9-10
• 1.1.2 风电叶片材料的发展状况10-11
• 1.1.3 新型风电级环氧树脂的研究意义11-12
• 1.2 环氧树脂文献综述及研究进展12-18
• 1.2.1 环氧树脂发展简史12-13
• 1.2.2 环氧树脂的结构13-14
• 1.2.3 环氧树脂的特性14
• 1.2.4 环氧树脂的分类14-15
• 1.2.5 环氧树脂的应用15-16
• 1.2.6 环氧树脂在风电叶片上的应用及其发展方向16-17
• 1.2.7 风电级双酚F环氧树脂的研究状况17-18
• 1.3 课题主要研究内容和目的18-20
• 第2章 双酚F的合成20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 实验仪器及试剂20-21
• 2.2.1 主要仪器20-21
• 2.2.2 实验试剂21
• 2.3 反应机理讨论21-22
• 2.4 实验设计22
• 2.5 实验操作过程22-23
• 2.6 产物分析23-24
• 2.6.1 组成分析23-24
• 2.6.2 熔点分析24
• 2.7 结果与讨论24-28
• 2.7.1 原料配比的影响24-25
• 2.7.2 反应时间的影响25
• 2.7.3 反应温度的影响25-26
• 2.7.4 催化剂选择26-27
• 2.7.5 合成溶剂的选择27
• 2.7.6 水量的影响27-28
• 2.7.7 合成条件确定28
• 2.8 产品结构确定28-30
• 2.8.1 产物的x射线衍射图28
• 2.8.2 产物的红外光谱图28-30
• 第3章 双酚F环氧树脂的合成30-46
• 3.1 引言30-31
• 3.2 反应机理讨论31-32
• 3.3 实验设计32-35
• 3.3.1 提高产物环氧值32-34
• 3.3.2 控制副反应34-35
• 3.4 实验仪器及试剂35
• 3.4.1 实验试剂35
• 3.4.2 主要仪器35
• 3.5 实验操作步骤35-36
• 3.6 树脂主要性能的测定36-38
• 3.6.1 环氧值测定36
• 3.6.2 无机氯测定36-37
• 3.6.3 有机氯测定37-38
• 3.7 实验结果与讨论38-44
• 3.7.1 原料配比的影响38
• 3.7.2 醚化温度的影响38-39
• 3.7.3 醚化时间的影响39-40
• 3.7.4 醚化催化剂的影响40-41
• 3.7.5 闭环反应温度的影响41-42
• 3.7.6 闭环反应时间的影响42
• 3.7.7 碱催化剂的影响42-44
• 3.7.8 二次闭环反应44
• 3.7.9 双酚F型环氧树脂合成工艺条件的确定44
• 3.8 树脂产物分析44-46
• 3.8.1 双酚F型环氧树脂的红外光谱分析44-45
• 3.8.2 核磁共振45-46
• 结论及展望46-47
• 参考文献47-49
• 致谢49-50
• 附录50

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