信息摘要：
風(fēng)機(jī)葉片
涂料
是風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，與整個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)類(lèi)似，風(fēng)機(jī)葉片涂料也存在著國(guó)產(chǎn)化程度低、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失，以及對(duì)于國(guó)內(nèi)腐蝕環(huán)
風(fēng)機(jī)葉片涂料 是風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，與整個(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)類(lèi)似，風(fēng)機(jī)葉片涂料也存在著國(guó)產(chǎn)化程度低、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失，以及對(duì)于國(guó)內(nèi)腐蝕環(huán)境適應(yīng)性有待提高等問(wèn)題。
2009年，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部“863”計(jì)劃啟動(dòng)了“MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國(guó)產(chǎn)化”項(xiàng)目。該項(xiàng)目明確提出要研發(fā)高性能多用途葉片保護(hù)涂料體系，提高葉片耐紫外老化、耐風(fēng)沙侵蝕以及耐濕熱、耐鹽霧腐蝕能力，適應(yīng)我國(guó)南北方不同極端氣候條件下風(fēng)電場(chǎng)使用需求，保證風(fēng)輪葉片20年的設(shè)計(jì)使用壽命。北京紅獅漆業(yè)有限公司等承擔(dān)了該項(xiàng)目的研發(fā)和生產(chǎn)工作，現(xiàn)就研制的高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料體系情況進(jìn)行介紹。
高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料研發(fā)目標(biāo)的設(shè)定
目前，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)葉片防腐體系尚沒(méi)有統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，這是由于風(fēng)機(jī)葉片的構(gòu)成和其特殊的運(yùn)行狀況造成的。風(fēng)機(jī)葉片由玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)成，而耐腐蝕標(biāo)準(zhǔn)ISO 9223、ISO 12944等適用的底材均為金屬，不能直接參照。由于風(fēng)機(jī)葉片多處在非常嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境下，并且常年高速旋轉(zhuǎn)，葉尖的線(xiàn)速度常超過(guò)70m/s，出現(xiàn)的腐蝕狀況有別于鋼結(jié)構(gòu)，這在各風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行中可以清楚看到。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)葉片除遭遇失光、粉化之外還有風(fēng)蝕、污染、磨損、脫落、撕裂等現(xiàn)象。風(fēng)機(jī)葉片的腐蝕環(huán)境存在如下特點(diǎn)：紫外線(xiàn)照射強(qiáng)烈，承受強(qiáng)風(fēng)、風(fēng)沙、沙塵、冰雹等沖擊和磨損，受到-30～50℃溫度變化的腐蝕、南方或沿海地區(qū)的高濕度及強(qiáng)鹽霧腐蝕等。
我國(guó)風(fēng)能比較豐富的地區(qū)多集中在西北、華北、東北及沿海等地。這些地區(qū)的風(fēng)場(chǎng)與國(guó)外風(fēng)場(chǎng)不同，尤其表現(xiàn)在溫差大、風(fēng)沙多、地理環(huán)境復(fù)雜，某些地區(qū)又多酸雨和工業(yè)大氣。因此，直接采用國(guó)外生產(chǎn)的風(fēng)電葉片涂料難以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)實(shí)際風(fēng)場(chǎng)的需求。由此可見(jiàn)，自主開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料勢(shì)在必行。
在“MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國(guó)產(chǎn)化”的項(xiàng)目中，要達(dá)到項(xiàng)目要求的葉片性能，相關(guān)葉片涂料應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)要求：附著力≥5MPa;自然表干8h，40℃烘干3h;耐磨性500g/500轉(zhuǎn)≤20mg;耐鹽霧≥2000h，無(wú)脫落，附著力保持80%;耐砂塵試驗(yàn)滿(mǎn)足GB2423.37-89標(biāo)準(zhǔn)要求。這些指標(biāo)僅僅是該項(xiàng)目對(duì)風(fēng)機(jī)葉片涂料的基本要求，要確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、施工正常，確保葉片的使用壽命，還需對(duì)涂料及配套體系的性能做進(jìn)一步的細(xì)化，將在后文詳細(xì)說(shuō)明。
高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料體系的確定
由于現(xiàn)階段水性體系與溶劑型體系在性能上還存在一定的差距，在應(yīng)用過(guò)程中存在各種不利因素的影響，具有一定的不確定性，因此，風(fēng)機(jī)葉片涂料的選擇主要圍繞溶劑型體系展開(kāi)。一般來(lái)說(shuō)，聚氨酯漆以其良好的綜合性能以及各國(guó)的成功使用經(jīng)驗(yàn)，可以作為風(fēng)能葉片涂料的面漆使用;而 氟碳涂料 以其優(yōu)異的保光保色性和防腐性能成為防腐蝕面漆上佳選擇。因此，項(xiàng)目綜合考慮各種因素，確定以下2個(gè)研發(fā)方向。體系1，采用最為成熟的聚氨酯為面漆，具體的配套為：大縫膩?zhàn)?針孔膩?zhàn)?聚氨酯底漆+改性聚氨酯面漆;體系2，氟碳體系：大縫膩?zhàn)?針孔膩?zhàn)?聚氨酯底漆+改性氟碳面漆。
但是，普通的丙烯酸聚氨酯面漆不能用于風(fēng)能葉片涂裝，因?yàn)轱L(fēng)能葉片涂料需要有足夠的強(qiáng)度和韌性、優(yōu)異的耐磨性、耐沖擊性、耐介質(zhì)性、耐鹽霧性和耐老化性能。因此，項(xiàng)目在研制過(guò)程中通過(guò)對(duì)丙烯酸聚氨酯面漆進(jìn)行改性，可有效地提高涂料的韌性、強(qiáng)度、耐磨性能、耐沖擊性能和層間附著力。
氟碳面漆顧名思義使用了含氟樹(shù)脂的涂料，氟樹(shù)脂中具有鍵能非常高的C-F共價(jià)鍵。一方面，氟原子屏蔽了與碳鍵間的正電效應(yīng)，使漆膜具有較小的聚合能和低表面張力;另一方面，氟原子和碳碳鍵形成一個(gè)螺旋型結(jié)構(gòu)，具有屏蔽作用，保護(hù)碳碳鍵免受紫外線(xiàn)和化學(xué)品腐蝕。根據(jù)所用含氟單體的不同，常用的常溫自干型氟樹(shù)脂分為三氟樹(shù)脂和四氟樹(shù)脂2種，其中，三氟樹(shù)脂分子中的C-Cl鍵(鍵能較小)會(huì)使氟碳樹(shù)脂的各項(xiàng)性能降低，而四氟樹(shù)脂采用四氟乙烯單體，分子中是全氟鏈段，比三氟樹(shù)脂具有更好的抗老化性能。根據(jù)與含氟單體共聚的單體不同，氟樹(shù)脂又分為乙烯基脂類(lèi)和乙烯基醚類(lèi)2類(lèi)。與含氟單體在合成時(shí)，由于乙烯基醚類(lèi)比乙烯基酯類(lèi)具有更好的交替排列性，因此結(jié)構(gòu)更加規(guī)整，耐老化性能也更強(qiáng)。基于上述原因，項(xiàng)目研制時(shí)采用四氟醚類(lèi)樹(shù)脂，不但避免了C-Cl鍵的不利影響，還使分子結(jié)構(gòu)更加規(guī)整有序，從而大大提高了漆膜的性能。
高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料產(chǎn)品的研制
針對(duì)設(shè)定的技術(shù)方案和指標(biāo)，項(xiàng)目組進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)工作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了產(chǎn)品的最終方案，特別是關(guān)鍵原料的選擇和技術(shù)路線(xiàn)的制定。
①樹(shù)脂的選擇：聚氨酯面漆采用改性的丙烯酸聚氨酯，氟碳樹(shù)脂采用全氟醚類(lèi)樹(shù)脂，使產(chǎn)品的耐候性、抗化性、耐磨性、抗沖擊都有非常優(yōu)異的表現(xiàn)。
②固化劑的選擇：采用了脂肪族、低粘度、具有良好柔韌性的異氰酸酯樹(shù)脂作為固化劑，從而保證了與主漆配合獲得非常均衡、全面的性能。
③ 顏填料的選擇：作為風(fēng)機(jī)葉片涂料的顏填料必須滿(mǎn)足良好的耐候性能、耐磨性能、屏蔽作用、吸能作用，而且還應(yīng)具備良好的潤(rùn)濕分散性。
④助劑的選擇：為了保證產(chǎn)品具有良好的加工工藝、施工工藝和儲(chǔ)存穩(wěn)定性等需使用分散劑、流平劑、消泡劑和觸變劑等，為保證產(chǎn)品優(yōu)異的耐候性能還添加了光穩(wěn)定劑、紫外線(xiàn)吸收劑等。
在整個(gè)風(fēng)機(jī)葉片涂料體系中，面漆的性能起著決定性的作用，但與之配套的膩?zhàn)雍偷灼釋?duì)整個(gè)體系完成防護(hù)功能也起著十分關(guān)鍵的作用。
其中，大縫膩?zhàn)幽軌蛱钛a(bǔ)葉片上的大縫隙及葉片造型，一般選用無(wú)溶劑柔性聚氨酯。在施工性能上，要求大縫膩?zhàn)佑羞m當(dāng)?shù)某矶?，厚涂施工不流掛，干燥時(shí)間適當(dāng)，可使用時(shí)間適當(dāng)，打磨性適度，涂刮不費(fèi)力。在涂膜性能方面，要求與底材及中間漆均有良好的附著力，柔韌性良好，涂層收縮小，強(qiáng)度高，低溫不開(kāi)裂。主漆稠度8～10cm，混合膩?zhàn)映矶?0.5～11.5cm，附著力≥5MPa，柔韌性≤50mm。如果膩?zhàn)映矶忍?，不能厚涂，膩?zhàn)犹韯t刮涂費(fèi)力，容易產(chǎn)生氣泡、針孔。采用具有柔韌性的膩?zhàn)訉?，能有效緩沖外力的沖擊，提高整個(gè)涂層的抗石擊能力，還可以保證葉片在搬運(yùn)和運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)開(kāi)裂。
針孔膩?zhàn)幽軌蛱钛a(bǔ)葉片或大縫膩?zhàn)?、底漆后葉片上的細(xì)小針孔，一般選用無(wú)溶劑柔性聚氨酯。在施工性能上，要求針孔膩?zhàn)佑泻芎玫牧鲃?dòng)性，不收縮，干燥時(shí)間適當(dāng)，可使用時(shí)間適當(dāng)，打磨性適度，涂刮不費(fèi)力。在涂膜性能方面，要求與底材及中間漆均有良好的附著力，柔韌性良好，強(qiáng)度高，在低溫不開(kāi)裂。
底漆要求與底材或膩?zhàn)佑幸欢ǖ南噙B接性能，如良好的附著力，適度的柔韌性，較好的施工性能等。主要指標(biāo)為：附著力≥5MPa，柔韌性≤1mm，流掛值≥250μm，耐沖擊性≥50kg˙cm。
高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料產(chǎn)品施工質(zhì)量控制
涂料的性能對(duì)于葉片的防護(hù)壽命固然重要，但是葉片涂料的施工過(guò)程對(duì)于整個(gè)體系的防腐年限也起著非常重要的作用，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：
①底材處理：玻璃鋼葉片表面比較光滑，且會(huì)有在制作過(guò)程中產(chǎn)生的脫模劑、油污、雜質(zhì)等污染，在涂裝前應(yīng)徹底清除，可使用砂布進(jìn)行打磨或者用噴砂進(jìn)行處理，然后用空氣吹凈浮塵，再用清潔劑擦拭;
②刮涂膩?zhàn)樱捍罂p膩?zhàn)雍歪樋啄佔(zhàn)釉谑褂们皯?yīng)按產(chǎn)品配比精確稱(chēng)量，并徹底攪拌均勻，在可使用時(shí)間內(nèi)涂刮完成，每道刮涂完成后用砂紙進(jìn)行打磨;
③施工底漆和面漆：底漆和面漆可采用無(wú)氣噴涂、滾涂的方式施工，局部可采用刷涂施工，施工過(guò)程中應(yīng)注意配比精確、攪拌均勻、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)涂裝完成;
④在整個(gè)施工過(guò)程中應(yīng)注意施工溫度在5～40℃之間，濕度應(yīng)小于85%;
⑤由于存在有機(jī)溶劑，需注意施工環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)處理，并注意防火防爆，工人應(yīng)配備必要的勞保設(shè)施;
⑥施工完成后需進(jìn)行漆膜的檢查，包括檢查漆膜的外觀(guān):平整光滑，無(wú)流掛、針孔、氣泡、漏涂等弊病;膜厚應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且遵循2個(gè)“85-15”原則，即所選測(cè)點(diǎn)必須有85%以上測(cè)點(diǎn)膜厚大于規(guī)定膜厚，且最低膜厚不應(yīng)低于規(guī)定膜厚的85%;附著力的檢測(cè)：涂層應(yīng)進(jìn)行拉開(kāi)法附著力的檢測(cè)，所有測(cè)點(diǎn)的附著力應(yīng)高于5MPa。
目前，風(fēng)機(jī)葉片涂料的國(guó)產(chǎn)化工作已經(jīng)逐步展開(kāi)。在此過(guò)程中，科學(xué)合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品體系，并且對(duì)產(chǎn)品的性能、施工等制定合適的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是行業(yè)共同的目標(biāo)。“MW級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國(guó)產(chǎn)化”項(xiàng)目，采用無(wú)溶劑聚氨酯膩?zhàn)?、改性丙烯酸聚氨酯體系、改性全氟醚面漆體系，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)性能測(cè)試表明，這些材料能夠滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)葉片的性能要求，有望在今后的市場(chǎng)應(yīng)用中全面鋪開(kāi)。
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