一種可回收風電葉片材料、其制備方法及回收方法與流程

本發明涉及風電材料，特別是一種可回收風電葉片材料、其制備方法及回收方法。

背景技術：

1、風電作為一種可再生能源近來受到越來越多的重視和開發，在整套風力發電渦輪機系統里面，風電葉片是其中最重要的組件，然而應用最廣泛的風電葉片為環氧樹脂玻璃纖維復合材料，環氧樹脂的永久交聯結構滿足了風電葉片的諸多使用需求，比如尺寸穩定性、耐熱性、抗蠕變性和良好的力學性能。隨著可再生電力需求的持續增長，風電裝機容量也迅速提升，然而環氧樹脂/玻璃纖維復合材料的永久交聯結構也導致了風電葉片無法回收利用。傳統的處置手段包括露天堆放、填埋和焚燒。由于風電葉片中含有60wt％的無機材料(玻璃纖維)，焚燒效率較低，而且焚燒過程中，會產生大量廢氣，嚴重污染環境。風電葉片的填埋處理也無法從根本上解決風電葉片的回收難題，長埋地下還會造成地下水染污等一系列環境問題。上述傳統處置手段造成大量環境問題的同時，也是資源的巨大浪費。為了保護環境、實現風電葉片可持續利用的最佳方式仍然是回收利用。

2、風電葉片的回收利用也包括下面幾種方法：1、熱回收法，2、機械回收法，3、化學回收法。熱回收法主要是在高溫、惰性氣體氛圍條件下，環氧樹脂玻璃纖維復合材料通過熱降解，除去玻璃纖維上面的熱解碳，達到回收玻璃纖維的目的。然而，熱解碳和玻璃纖維的結合異常牢固，分離相當困難，此外，熱降解需要在很高的溫度條件下進行，對設備要求較高，熱解成本較高等缺點，這些都限制了熱解法的推廣與應用。機械回收法是通過機械處理(切割、破碎、粉碎等手段)把風電葉片變為細小顆粒，能夠用于水泥制備等行業，然而機械回收法難以處理大量的淘汰風電葉片，同時設備能耗較大，成本較高，此外，復合材料粉碎過程中，容易產生粉塵污染。化學回收法主要是通過有機溶劑浸泡等手段把玻璃纖維和環氧樹脂進行分離，然而環氧樹脂具有永久交聯的網絡結構，在有機溶劑中不能溶解，只能溶脹，分離環氧樹脂和玻璃纖維需要進一步的操作，使得玻璃纖維的回收困難且復雜。

技術實現思路

1、本發明提供一種可回收風電葉片材料，可以克服其永久交聯結構造成的玻璃纖維難以回收利用造成資源浪費，其傳統的處置手段嚴重環境污染的問題。

2、本發明的可回收風電葉片材料，所述葉片材料包括環氧樹脂、固化劑、固化促進劑、酯交換催化劑和玻璃纖維織物。

3、作為優選，酯交換催化劑為乙酰丙酮鋅、醋酸鋅和二氯化鋅中的一種或多種。

4、作為優選，所述環氧樹脂優選雙酚a型環氧樹脂。

5、作為優選，所述環氧樹脂優選雙酚a二縮水甘油醚。

6、作為優選，所述固化劑為二元酸酐。

7、作為優選，所述二元酸酐為甲基四氫鄰苯二甲酸酐。

8、作為優選，固化劑中的酸酐與環氧樹脂中的環氧基的摩爾比為：0.5：1-1:1，酯交換催化劑的加入量為酸酐中羧基含量的5mol％-10mol％。

9、作為優選，固化促進劑為咪唑類化合物，固化促進劑的加入量為復合材料總質量的0.2wt％-1wt％。

10、作為優選，固化促進劑為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種。

11、作為優選，固化促進劑優選1-甲基-咪唑。

12、本發明還提供一種可回收風電葉片材料的制備方法，用于上述的葉片材料，包括：

13、(1)把酯交換催化劑溶解到乙醇溶液中，然后與固化劑混合均勻；

14、(2)將步驟(1)得到的溶液置于真空烘箱中，進行脫氣處理以揮發掉乙醇；

15、(3)在步驟(2)得到的溶液中加入環氧樹脂和固化促進劑并攪拌均勻；

16、(4)將步驟(3)得到的溶液置于真空烘箱中，進行脫氣處理；

17、(5)將步驟(4)得到的溶液通過真空灌注方式加入至鋪有玻璃纖維的模具中，在80℃-120℃溫度下，固化5-7小時得到用于風電葉片的環氧樹脂和玻璃纖維復合材料。

18、作為優選，步驟(2)和(4)中的真空烘箱內的溫度為50℃，脫氣處理的時間為1小時，和/或步驟(5)中的固化溫度為100℃條件，固化時間為6小時。

19、本發明還提供一種可回收風電葉片材料的回收方法，用于分解上述的葉片材料，包括：將葉片材料浸入溶解有酯交換催化劑的醇類溶液中，并對溶液加熱至180℃并保持2小時以上，即可分離出玻璃纖維織物。

20、作為優選，將分離出的玻璃纖維織物取出后，對剩余的溶液進行減壓蒸餾，對溶劑中的環氧樹脂低聚物進行回收。

21、本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

22、本發明的可回收風電葉片材料利用酸酐作為固化劑，引入酯交換催化劑，使葉片材料的網絡結構的交聯點為酯基形成復合材料。在對此葉片材料進行回收時，將其浸入含有酯交換催化劑的醇類溶液中，復合材料中的酯交換催化劑和醇類溶液中的酯交換催化劑能夠發生協同效應，能夠對環氧樹脂和玻璃纖維構成的復合材料的酯基交聯點進行有效分解，使交聯結構的熱固性環氧樹脂解離成直鏈結構的熱塑性高分子，直鏈結構的高分子可以溶解在溶劑中，從而實現玻璃纖維織物和環氧樹脂體系的分離。

技術特征：

1.一種可回收風電葉片材料，其特征在于，所述葉片材料包括環氧樹脂、固化劑、固化促進劑、酯交換催化劑和玻璃纖維織物。

2.根據權利要求1所述的葉片材料，其特征在于，酯交換催化劑為乙酰丙酮鋅、醋酸鋅和二氯化鋅中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的葉片材料，其特征在于，所述環氧樹脂為雙酚a型環氧樹脂。

4.根據權利要求3所述的葉片材料，其特征在于，所述環氧樹脂為雙酚a二縮水甘油醚。

5.根據權利要求1所述的葉片材料，其特征在于，所述固化劑為二元酸酐。

6.根據權利要求5所述的葉片材料，其特征在于，所述二元酸酐為甲基四氫鄰苯二甲酸酐。

7.根據權利要求5或6所述的葉片材料，其特征在于，固化劑中的酸酐與環氧樹脂中的環氧基的摩爾比為：0.5：1-1:1，酯交換催化劑的加入量為酸酐中羧基含量的5mol％-10mol％。

8.根據權利要求1所述的葉片材料，其特征在于，固化促進劑為咪唑類化合物，固化促進劑的加入量為復合材料總質量的0.2wt％-1wt％。

9.根據權利要求8所述的葉片材料，其特征在于，固化促進劑為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種。

10.可回收風電葉片材料的制備方法，其特征在于，用于制備權利要求1-9中任一項所述的葉片材料，包括：

11.根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)和(4)中的真空烘箱內的溫度為50℃，脫氣處理的時間為1小時，和/或步驟(5)中的固化溫度為100℃條件，固化時間為6小時。

12.可回收風電葉片材料的回收方法，其特征在于，用于分解權利要求1-9中任一項所述的葉片材料，包括：將葉片材料浸入溶解有酯交換催化劑的醇類溶液中，并對溶液加熱至180℃并保持2小時以上，即可分離出玻璃纖維織物。

13.根據權利要求12所述的回收方法，其特征在于，將分離出的玻璃纖維織物取出后，對剩余的溶液進行減壓蒸餾，對溶劑中的環氧樹脂低聚物進行回收。

技術總結
本發明提供一種可回收風電葉片材料、其制備方法及回收方法，其中的葉片材料包括環氧樹脂、固化劑、固化促進劑、酯交換催化劑和玻璃纖維織物，所述固化劑為含有二硫鍵的芳香族固化劑。本發明的可回收風電葉片材料，可以克服其永久交聯結構造成的玻璃纖維難以回收利用造成資源浪費，其傳統的處置手段嚴重環境污染的問題。

技術研發人員：冉印,丁博,李飛,王秋萍,龔友坤,楊屹,王佳佳
受保護的技術使用者：重慶國際復合材料股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/3/27