主题发言

维赛先进材料研究院副院长、西北工业大学教授、博士生导师张广成:PVC泡沫的制备及其结构与性能研究的报告

2021-03-26    东方风力发电网

  各位领导、各位专家,前面是院士和领导的大报告,介绍了很多行业方面的大事情,我这里讲一个小事情,就是讲一讲我们交联PVC泡沫的制备及其结构与性能。


  这个PVC泡沫其实在我们塑料行业里面大家并不陌生,最早的时候我们做硬质PVC泡沫,我们是把它做到了下水道的管材里面,我们对它进行了发泡,主要的作用就是降低噪音。这种PVC泡沫它的发泡倍率比较低,耐热型比较低,而且是线性结构,也容易成型。我们还知道另外一种聚氨酯泡沫,因为他是PU泡沫,所以它的发泡倍率比较高,但是它的脆性大,结构就是交联结构。我们现在的交联硬质PVC泡沫就是结合他们两种泡沫的特点做出来的泡沫。他具有这样的优点,第一个是它的密度很低,另外它有高强度和比模量,它的价格也低廉,性价比比较高,还有耐水性好,有良好的后续加工性,还耐苯乙烯的腐蚀,适用于不饱和聚酯,还有良好的抗冲击性能,还具有一定的阻拦性,还有降噪、隔音的性能。


  那么这个PVC在我们国内的发展,大体上我总结下来,在2000年前后,我们国内用的PVC泡沫主要是依赖于进口,主要是被Diab、Airex、Moricell和3A等海外企业垄断。在2011年,我们维赛公司成立,进行自主研发了PVC结构泡沫中试,开始初步实现了芯材的产业化。2012年的时候,维赛PVC结构泡沫获得了GL认证,产品的技术指标达到了国际标准。2013年危害基地投产,得到了重材科技、三一等客户的认可。2015年保定基地扩产,成为风电行业PVC结构泡沫的主流供应商。2018年得到了LM的认可,并批量供应,产品开始出口。2019年,连云港基地建成投产,产品得到了Vestas的认可,并批量供应。2020年,建设了年产25万立方米的生产能量,市场占有率为45%,2021年我们维赛先进材料研究院成立,推进PVC泡沫的发展。


  第二个我讲一讲我们PVC泡沫的制备技术,我们是通过这些材料进行混合和搅拌,然后我们进行高温模压,得到了一个半发泡体,这个发泡体进行各种发泡,得到了一个泡沫板,然后进行后处理,就得到了这个泡沫的板材,这个板材进行挤压就得到了我们现在的泡沫套材。在整个这样的四步制备工艺当中,第一个是制糊工艺非常的关键,它是保留我们原材料能够充分的混合,为后续发泡提供条件,在模压阶段,我们促使化学发泡剂分解,提前形成了初级的泡孔,为我们后续水中发泡过程中提供了水分扩散的条件。第三步我们进行发泡,这里我们能使它有一个很好的膨胀,使我们的泡沫密度可控,同时在发炮过程中,我们完成了一个交联网络的初步形成。第四步我们进行后处理,我们通过控制温度的压力,使泡孔结构更加完美,使泡沫板也更平整。


  从交联结构来看,在现在的结构泡沫当中,我们有三种交联结构,所以我们整体上形成了半互传网络的交联结构,还有一种是全互传网络的交联结构。我们可以看到在不同的水蒸气时间下,泡孔由小变大,逐渐挤压,形成了一个泡孔尺寸比较均匀的一个发泡过程。


  对于V4S、V60、V80、V100到V200的发展,泡孔的密度从每立方厘米一万多到每立方厘米六多,同时我们对维赛V60和其他厂家的泡孔结构进行了同样的对比,我们发现了维赛的泡沫相比其他厂家来说,这个泡孔的平均尺寸更小,泡壁的平均尺寸更大,泡孔的密度也更多,使得这个维赛的泡沫具有对它后续的耐热性能和力学性能有很大的帮助。


  这一张表是我们维赛的泡沫的数据,这个数据也是我们正在指定的国标的一个数据。同时,我们对其他厂家的V60泡沫和维赛的V60泡沫进行了室内、低温、70度的一些力学性能的对比,我们发现与其他厂家相比,维赛的V60泡沫,在零下55度,以及室温以及70度温度的条件下具有更高的压缩强度、更多的剪切强度,我们从这个上面的曲线就可以看到,我们的产品为后续的泡沫在叶片当中的成型提供了强有力的支撑,它可以抵住成型过程中高温对泡沫的一个冲击。


  除此之外,我们按照国标,我们对这个泡沫的尺寸稳定性也做了一个分析,我们也对比了其他厂家的三个泡沫和维赛的V60的数据。我们发现和其他厂家相比,我们在70度八个小时和120度一个小时以后的尺寸变化,特别是在120度一个小时以后,V60泡沫的尺寸变化比较小,泡沫经过了70度八个小时和128度一个小时实验以后,V60的启动重量没有多大的变化,也没有出现变形,而其他厂家的泡沫会出现颜色变深以及变形。


  除此之外,我们按照德标DIN53424在弯曲载荷下对V60泡沫进行了一个温度的测试,首先由于泡沫板会有一点硬力,所以我们把这个泡沫板进行了100度两小时的处理,处理完了之后我们按照这个标准来做,做下来的温度大概是150多度,我们发现这个V60和B60没有变形,而A60明显变形,实验的温度相差不大,但是A60和B60的变色稍微明显。


  同样的,我们仿造了叶片固化过程中的实验状态,我们对V60泡沫和其他厂家的泡沫进行了一个实验,当固化的时候,它的温度会冲击到156.1度,此时其他公司的泡沫芯材会发生鼓包现象,成型以后我们把它切片,也发现维赛的V60没有一个严重的变色和中间的缺陷,而其他厂家的泡沫会发生变色和里面出现明显缺陷的情况。


  2020年12月2日,中国轻工业联合总会对维赛的PVC泡沫进行了成果坚定,由蹇锡高院士担任鉴定委员会的主任,鉴定委员会总体认为项目技术处于国际先进水平。目前维赛的PVC结构泡沫芯材产能达到了25万立方米每年,其中保定基地有5万立方米,危害基地5万立方,连云港基地有10万立方米,望都基地有5万立方米。维赛的PVC泡沫是自动研发,替代进口,耐温性优异,满足了国内生产需求,助推了行业的发展。产品的价格由每立方米两万元降低到每立方米7000元,对风电产业的发展做出了自身的贡献。维赛也作为国家标准的起草单位,起草了《聚氯乙烯结构泡沫标准》。


  最后我想说,在众多的低密度硬质泡沫,比如PS、SAN、PU、PUA、PET、PF、PMI、PEI当中,交联PVC的泡沫总体来说以优异的综合性能以及高的性价比,以及在国内外叶片另外获得了50年的应用历史,基础数据全面,应用验证充分,性能产品可靠。二是随着大功率叶片以及交通运输领域轻量化的要求提升,耐高温、高强度的PVC泡沫需求将会进一步增大,大密度高性能PVC结构泡沫有望替代Balsa。除此之外,交联PVC泡沫挤出成型发泡技术有待于发泡设备厂家联合开发,可以大幅度的提高生产效率,降低成本,可以把PVC泡沫的价格再降低。


  这就是我汇报的内容,谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核)