信息摘要：
風(fēng)機(jī)葉片
涂料
是風(fēng)電項目建設(shè)中的一個環(huán)節(jié)，與整個風(fēng)電產(chǎn)業(yè)類似，風(fēng)機(jī)葉片涂料也存在著國產(chǎn)化程度低、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失，以及對于國內(nèi)腐蝕環(huán)
風(fēng)機(jī)葉片涂料 是風(fēng)電項目建設(shè)中的一個環(huán)節(jié)，與整個風(fēng)電產(chǎn)業(yè)類似，風(fēng)機(jī)葉片涂料也存在著國產(chǎn)化程度低、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失，以及對于國內(nèi)腐蝕環(huán)境適應(yīng)性有待提高等問題。
2009年，國家科學(xué)技術(shù)部“863”計劃啟動了“MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國產(chǎn)化”項目。該項目明確提出要研發(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)我國南北方不同極端氣候條件下風(fēng)電場使用需求，保證風(fēng)輪葉片20年的設(shè)計使用壽命。北京紅獅漆業(yè)有限公司等承擔(dān)了該項目的研發(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，國內(nèi)風(fēng)機(jī)葉片防腐體系尚沒有統(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)，葉尖的線速度常超過70m/s，出現(xiàn)的腐蝕狀況有別于鋼結(jié)構(gòu)，這在各風(fēng)電場的實際運(yùn)行中可以清楚看到。一般來說，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)場與國外風(fēng)場不同，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，直接采用國外生產(chǎn)的風(fēng)電葉片涂料難以滿足國內(nèi)實際風(fēng)場的需求。由此可見，自主開發(fā)適合我國國情的高性能風(fēng)機(jī)葉片涂料勢在必行。
在“MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國產(chǎn)化”的項目中，要達(dá)到項目要求的葉片性能，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，無脫落，附著力保持80%;耐砂塵試驗滿足GB2423.37-89標(biāo)準(zhǔn)要求。這些指標(biāo)僅僅是該項目對風(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。一般來說，聚氨酯漆以其良好的綜合性能以及各國的成功使用經(jīng)驗，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，項目綜合考慮各種因素，確定以下2個研發(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，因為風(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，項目在研制過程中通過對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脂的涂料，氟樹脂中具有鍵能非常高的C-F共價鍵。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螺旋型結(jié)構(gòu)，具有屏蔽作用，保護(hù)碳碳鍵免受紫外線和化學(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脂分為三氟樹脂和四氟樹脂2種，其中，三氟樹脂分子中的C-Cl鍵(鍵能較小)會使氟碳樹脂的各項性能降低，而四氟樹脂采用四氟乙烯單體，分子中是全氟鏈段，比三氟樹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，氟樹脂又分為乙烯基脂類和乙烯基醚類2類。與含氟單體在合成時，由于乙烯基醚類比乙烯基酯類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，項目研制時采用四氟醚類樹脂，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
針對設(shè)定的技術(shù)方案和指標(biāo)，項目組進(jìn)行了大量的實驗工作，通過實驗確定了產(chǎn)品的最終方案，特別是關(guān)鍵原料的選擇和技術(shù)路線的制定。
①樹脂的選擇：聚氨酯面漆采用改性的丙烯酸聚氨酯，氟碳樹脂采用全氟醚類樹脂，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、紫外線吸收劑等。
在整個風(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φ麄€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)某矶龋裢渴┕げ涣鲯欤稍飼r間適當(dāng)，可使用時間適當(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)映矶忍停荒芎裢浚佔(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)訉樱苡行Ь彌_外力的沖擊，提高整個涂層的抗石擊能力，還可以保證葉片在搬運(yùn)和運(yùn)行過程中不出現(xiàn)開裂。
針孔膩?zhàn)幽軌蛱钛a(bǔ)葉片或大縫膩?zhàn)印⒌灼岷笕~片上的細(xì)小針孔，一般選用無溶劑柔性聚氨酯。在施工性能上，要求針孔膩?zhàn)佑泻芎玫牧鲃有裕皇湛s，干燥時間適當(dāng)，可使用時間適當(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
涂料的性能對于葉片的防護(hù)壽命固然重要，但是葉片涂料的施工過程對于整個體系的防腐年限也起著非常重要的作用，主要從以下幾個方面進(jìn)行控制：
①底材處理：玻璃鋼葉片表面比較光滑，且會有在制作過程中產(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)品配比精確稱量，并徹底攪拌均勻，在可使用時間內(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氣噴涂、滾涂的方式施工，局部可采用刷涂施工，施工過程中應(yīng)注意配比精確、攪拌均勻、在規(guī)定的時間內(nèi)涂裝完成;
④在整個施工過程中應(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:平整光滑，無流掛、針孔、氣泡、漏涂等弊病;膜厚應(yīng)達(dá)到設(shè)計要求，且遵循2個“85-15”原則，即所選測點(diǎn)必須有85%以上測點(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：涂層應(yīng)進(jìn)行拉開法附著力的檢測，所有測點(diǎn)的附著力應(yīng)高于5MPa。
目前，風(fēng)機(jī)葉片涂料的國產(chǎn)化工作已經(jīng)逐步展開。在此過程中，科學(xué)合理設(shè)計產(chǎn)品體系，并且對產(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級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片原材料國產(chǎn)化”項目，采用無溶劑聚氨酯膩?zhàn)印⒏男员┧峋郯滨ンw系、改性全氟醚面漆體系，經(jīng)過各項性能測試表明，這些材料能夠滿足風(fēng)機(jī)葉片的性能要求，有望在今后的市場應(yīng)用中全面鋪開。
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