废弃风机叶片非金属粉末热解产物增强环氧树脂复合材料的制备与性能探究

针对风机叶片大量报废后处理处置的问题,将废弃风机叶片非金属粉末 (retired wind turbine blades,RWTBs) 热解后的产物 (记作P-RWTBs) 作为填料,三乙烯四胺 (triethylenetetramine,TETA) 为固化剂,环氧树脂 (epoxy resin,EP) 为基体,陶瓷粉 (ceramic powder,CP) 和KH-560偶联剂为添加剂制备复合材料样条,实现了废弃风机叶片的回收及再利用。通过浇筑成型法制备了复合材料,探究了热解条件对RWTBs 热解失重率的影响及CP添加量、KH-560的质量分数对复合材料的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,当升温速率为10 ℃·min⁻¹时,热解的最佳条件为600 ℃停留6 h,此时RWTBs 表面的热固性树脂被彻底热解。当以TETA为固化剂、20% CP为添加剂、P-RWTBs为填料时,通过2% KH-560处理后制备的P-RWTBs-2%KH-560/20% CP/EP 复合材料具有较好的力学性能,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度可分别达到55.59 MPa、86.43 MPa和23.99 kJ·m⁻²,相较于TETA/EP,分别提高了23.1%、77.1%和35.3%。
当温度达到360.7 ℃时,P-RWTBs-2%KH-560/20% CP/EP复合材料的热解失重率为30%,相较于TETA/EP提高了15.9 ℃。经过48h酸浸后的P-RWTBs-2%KH-560/20% CP/EP复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别降低了10%、2.4%和5.4%,相较于RWTBs/20% CP/EP,具有更强的耐腐蚀性能。P-RWTBs-2%KH-560/20% CP/EP复合材料性能的提升主要是由于KH-560接枝在P-RWTBs表面形成了一层硅烷分子覆盖层,其中亲水基团与EP基体中的羟基发生氢键作用,增强了填料与基体之间的相互作用力,加强了复合材料的界面结合强度,同时提升了复合材料的亲水性和亲油性,使其表面更加稳定光滑,能有效减缓腐蚀速度。该研究可为废弃风机叶片的资源回收再利用提供一个新的思路。