信息摘要：
風機葉片
涂料
是風電項目建設中的一個環節，與整個風電產業類似，風機葉片涂料也存在著國產化程度低、相關標準規范缺失，以及對于國內腐蝕環
風機葉片涂料 是風電項目建設中的一個環節，與整個風電產業類似，風機葉片涂料也存在著國產化程度低、相關標準規范缺失，以及對于國內腐蝕環境適應性有待提高等問題。
2009年，國家科學技術部“863”計劃啟動了“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”項目。該項目明確提出要研發高性能多用途葉片保護涂料體系，提高葉片耐紫外老化、耐風沙侵蝕以及耐濕熱、耐鹽霧腐蝕能力，適應我國南北方不同極端氣候條件下風電場使用需求，保證風輪葉片20年的設計使用壽命。北京紅獅漆業有限公司等承擔了該項目的研發和生產工作，現就研制的高性能風機葉片涂料體系情況進行介紹。
高性能風機葉片涂料研發目標的設定
目前，國內風機葉片防腐體系尚沒有統一的參考標準，這是由于風機葉片的構成和其特殊的運行狀況造成的。風機葉片由玻璃纖維復合材料構成，而耐腐蝕標準ISO 9223、ISO 12944等適用的底材均為金屬，不能直接參照。由于風機葉片多處在非常嚴酷的腐蝕環境下，并且常年高速旋轉，葉尖的線速度常超過70m/s，出現的腐蝕狀況有別于鋼結構，這在各風電場的實際運行中可以清楚看到。一般來說，風機葉片除遭遇失光、粉化之外還有風蝕、污染、磨損、脫落、撕裂等現象。風機葉片的腐蝕環境存在如下特點：紫外線照射強烈，承受強風、風沙、沙塵、冰雹等沖擊和磨損，受到-30～50℃溫度變化的腐蝕、南方或沿海地區的高濕度及強鹽霧腐蝕等。
我國風能比較豐富的地區多集中在西北、華北、東北及沿海等地。這些地區的風場與國外風場不同，尤其表現在溫差大、風沙多、地理環境復雜，某些地區又多酸雨和工業大氣。因此，直接采用國外生產的風電葉片涂料難以滿足國內實際風場的需求。由此可見，自主開發適合我國國情的高性能風機葉片涂料勢在必行。
在“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”的項目中，要達到項目要求的葉片性能，相關葉片涂料應達到相應的指標要求：附著力≥5MPa;自然表干8h，40℃烘干3h;耐磨性500g/500轉≤20mg;耐鹽霧≥2000h，無脫落，附著力保持80%;耐砂塵試驗滿足GB2423.37-89標準要求。這些指標僅僅是該項目對風機葉片涂料的基本要求，要確保產品質量穩定、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一步的細化，將在后文詳細說明。
高性能風機葉片涂料體系的確定
由于現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，風機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驗，可以作為風能葉片涂料的面漆使用;而 氟碳涂料 以其優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：大縫膩子+針孔膩子+聚氨酯底漆+改性聚氨酯面漆;體系2，氟碳體系：大縫膩子+針孔膩子+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能葉片涂裝，因為風能葉片涂料需要有足夠的強度和韌性、優異的耐磨性、耐沖擊性、耐介質性、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行改性，可有效地提高涂料的韌性、強度、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，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構，具有屏蔽作用，保護碳碳鍵免受紫外線和化學品腐蝕。根據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，因此結構更加規整，耐老化性能也更強。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，還使分子結構更加規整有序，從而大大提高了漆膜的性能。
高性能風機葉片涂料產品的研制
針對設定的技術方案和指標，項目組進行了大量的實驗工作，通過實驗確定了產品的最終方案，特別是關鍵原料的選擇和技術路線的制定。
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，使產品的耐候性、抗化性、耐磨性、抗沖擊都有非常優異的表現。
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：作為風機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，而且還應具備良好的潤濕分散性。
④助劑的選擇：為了保證產品具有良好的加工工藝、施工工藝和儲存穩定性等需使用分散劑、流平劑、消泡劑和觸變劑等，為保證產品優異的耐候性能還添加了光穩定劑、紫外線吸收劑等。
在整個風機葉片涂料體系中，面漆的性能起著決定性的作用，但與之配套的膩子和底漆對整個體系完成防護功能也起著十分關鍵的作用。
其中，大縫膩子能夠填補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，要求大縫膩子有適當的稠度，厚涂施工不流掛，干燥時間適當，可使用時間適當，打磨性適度，涂刮不費力。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，強度高，低溫不開裂。主漆稠度8～10cm，混合膩子稠度10.5～11.5cm，附著力≥5MPa，柔韌性≤50mm。如果膩子稠度太低，不能厚涂，膩子太稠則刮涂費力，容易產生氣泡、針孔。采用具有柔韌性的膩子層，能有效緩沖外力的沖擊，提高整個涂層的抗石擊能力，還可以保證葉片在搬運和運行過程中不出現開裂。
針孔膩子能夠填補葉片或大縫膩子、底漆后葉片上的細小針孔，一般選用無溶劑柔性聚氨酯。在施工性能上，要求針孔膩子有很好的流動性，不收縮，干燥時間適當，可使用時間適當，打磨性適度，涂刮不費力。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，強度高，在低溫不開裂。
底漆要求與底材或膩子有一定的相連接性能，如良好的附著力，適度的柔韌性，較好的施工性能等。主要指標為：附著力≥5MPa，柔韌性≤1mm，流掛值≥250μm，耐沖擊性≥50kg˙cm。
高性能風機葉片涂料產品施工質量控制
涂料的性能對于葉片的防護壽命固然重要，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生的脫模劑、油污、雜質等污染，在涂裝前應徹底清除，可使用砂布進行打磨或者用噴砂進行處理，然后用空氣吹凈浮塵，再用清潔劑擦拭;
②刮涂膩子：大縫膩子和針孔膩子在使用前應按產品配比精確稱量，并徹底攪拌均勻，在可使用時間內涂刮完成，每道刮涂完成后用砂紙進行打磨;
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，施工過程中應注意配比精確、攪拌均勻、在規定的時間內涂裝完成;
④在整個施工過程中應注意施工溫度在5～40℃之間，濕度應小于85%;
⑤由于存在有機溶劑，需注意施工環境進行通風處理，并注意防火防爆，工人應配備必要的勞保設施;
⑥施工完成后需進行漆膜的檢查，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;膜厚應達到設計要求，且遵循2個“85-15”原則，即所選測點必須有85%以上測點膜厚大于規定膜厚，且最低膜厚不應低于規定膜厚的85%;附著力的檢測：涂層應進行拉開法附著力的檢測，所有測點的附著力應高于5MPa。
目前，風機葉片涂料的國產化工作已經逐步展開。在此過程中，科學合理設計產品體系，并且對產品的性能、施工等制定合適的標準和規范，是行業共同的目標。“MW級風力發電機組風輪葉片原材料國產化”項目，采用無溶劑聚氨酯膩子、改性丙烯酸聚氨酯體系、改性全氟醚面漆體系，經過各項性能測試表明，這些材料能夠滿足風機葉片的性能要求，有望在今后的市場應用中全面鋪開。
全國服務熱線
關注公眾號