為實現(xiàn)風(fēng)電葉片長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，需要在葉片上涂裝防護(hù)涂層使得葉片具備優(yōu)良的耐候、耐磨、防污等性能。文中介紹了各種合成高分子樹脂材料在風(fēng)電葉片保護(hù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，包括應(yīng)用最普遍、性能全面的聚氨酯，耐候性極佳、表面能較低的氟聚合物以及粘接性好、附著能力強(qiáng)的丙烯酸樹脂等。這些聚合物以單一組分或幾種材料復(fù)合的形式制備成單層或多層的防護(hù)涂層，以期使得葉片涂料具備優(yōu)異的防護(hù)性能。
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，已越來越受到世界各國的關(guān)注，對風(fēng)能的有效利用有助于實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)多元化，減少環(huán)境污染。截止2009年底，我國風(fēng)電實現(xiàn)并網(wǎng)達(dá)到1613萬kW,同比增長92%。風(fēng)力發(fā)電市場的迅猛拓寬，勢必帶動相關(guān)裝置設(shè)備需求的快速增長，保證這些設(shè)備的質(zhì)量對于促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展尤為重要。
風(fēng)電葉片作為發(fā)電風(fēng)機(jī)的重要組成部分，是確保其在惡劣的環(huán)境下長期、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在。風(fēng)電葉片的長度可達(dá)60m,葉片防雷擊的工作已有多篇文獻(xiàn)報道，但另一方面，由于風(fēng)電葉片的制造材料如環(huán)氧樹脂玻璃鋼在常年經(jīng)受沙塵、紫外線、暴雨的侵襲后很難保持完好，故需要對葉片表面進(jìn)行涂裝保護(hù)涂層以提高葉片的使用壽命，減少甚至實現(xiàn)葉片在20年以上的零維護(hù)。
本文主要介紹作為風(fēng)電葉片防護(hù)涂層材料的幾種聚合物樹脂———聚氨酯、氟樹脂、丙烯酸樹脂等，并對其研究方向和發(fā)展進(jìn)行了展望。
風(fēng)電葉片涂層材料的性能要求
風(fēng)電葉片涂料需要經(jīng)受陽光暴曬，晝夜冬夏的高低溫變化，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，會受到風(fēng)沙雨雪的劇烈沖刷，此外，大量沙石、水滴的粘附會嚴(yán)重影響其空氣動力學(xué)性能以及降低發(fā)電機(jī)組的輸出功率[5。作為風(fēng)電葉片的涂料，需要具備的性能主要有：耐候性、耐磨性、優(yōu)異的附著力、耐化學(xué)品性等，具體的技術(shù)指標(biāo)如附著力需大于5MPa,自然表干時間應(yīng)短于8h,500轉(zhuǎn)的耐磨性測試后，質(zhì)量損失少于20mg/500g等。
目前，國際上使用的風(fēng)電葉片防護(hù)涂層材料以聚氨酯為主，主要是以溶劑型的聚氨酯底漆配以溶劑型的聚氨酯面漆，性能較好，同時價格適中。2010年，美國PPG公司推出高級薄膜型HSP-7401抗蝕耐候高性能聚氨酯底漆和AUE-5000聚氨酯面漆系統(tǒng)，進(jìn)一步推廣了聚氨酯在葉片涂料上的應(yīng)用。為使得涂料具備更高的綜合性能，近幾年，也出現(xiàn)了利用氟化聚合物、丙烯酸樹脂等配套制備風(fēng)電葉片涂料。
聚氨酯材料
聚氨酯樹脂具備優(yōu)良的耐油耐磨性、耐化學(xué)藥品性、較強(qiáng)的附著能力，故由其所制的涂料已最廣泛地應(yīng)用在風(fēng)電葉片上。風(fēng)電葉片涂料耐候性能要求極高，在利用聚氨酯配制該涂料時，以脂肪族或脂環(huán)族的多異氰酸酯為宜，避免選用易泛黃的芳香族類。
西北永新化工股份有限公司研制出一種以有機(jī)氟硅改性彈性聚氨酯脲樹脂為基料的高性能風(fēng)電涂料，主要包含作為多醇的聚酯、聚四氫呋喃二醇，二異氰酸酯以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為佳，再用含羥基的硅氧烷、含氟硅氧烷進(jìn)行改性。將該組分與助劑組分配勻后進(jìn)行涂裝，涂料性能良好，具有一定推廣價值。
中海油常州涂料化工研究院的狄志剛等制備了一種高耐候耐磨彈性聚氨酯固化劑，該固化劑是以耐候性脂肪族的共聚酯和含有羥基的氟樹脂為主要原料，與IPDI反應(yīng)，合成得到EPU固化劑，按照n(-NCO)∶n(-OH)=1˙2∶1與高耐候性羥基組分配漆，可運(yùn)用到風(fēng)電葉片涂料上。
該固化劑與傳統(tǒng)的HDI三聚體和市售的聚氨酯固化劑相比，在耐候性、耐磨性、對底材的附著力上都有優(yōu)勢。李華明等用硅醇改性的耐候性良好并且具有一定彈性的聚酯樹脂為基料，以拜耳聚氨酯N-75為固化劑，配以其他助劑，制得既有優(yōu)異的耐候性，又有良好的抗風(fēng)沙蝕性能的保護(hù)涂料。
中遠(yuǎn)關(guān)西涂料化工有限公司研制出一種作為風(fēng)機(jī)葉片面漆的水性聚氨酯涂料，與聚天門冬氨酸酯底漆配套使用。涂料選用純丙類的羥基丙烯酸分散體，固化劑以聚醚改性的HDI三聚體為主，拼用一部分聚酯改性HDI三聚體。同樣是利用水性聚氨酯作為風(fēng)電葉片涂料，沈劍平通過實驗比較后發(fā)現(xiàn)氨基磺酸鹽改性的低黏度HDI固化劑綜合性能最優(yōu)，且可在不經(jīng)稀釋的情況下與含羥基的水分散體組分混合均勻。
國外，Kallesoee等對生成聚氨酯的多元醇、多異氰酸酯的選擇進(jìn)行了分析。多元醇至少含有70%的羥基官能團(tuán)數(shù)量在2~8個之間的羥基組分，推薦使用脂肪族的聚酯，以直鏈型為宜，不推薦使用過多含有支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的聚酯;固化劑以含有聚酯結(jié)構(gòu)、尿丁二酮基團(tuán)或者脲基甲酸酯結(jié)構(gòu)的多異氰酸酯為主，使用含上述三種結(jié)構(gòu)的多異氰酸酯90%以上，有助于涂料獲得較好的彈性和壽命。
德國Evonik Degussa公司混合高、低分子量的多醇，結(jié)合多異氰酸酯和光穩(wěn)定的芳香族胺制備聚氨酯涂衣，添加經(jīng)過六甲基二硅氮烷疏水處理和球磨機(jī)修飾的熱解硅石作為填料。涂料涂抹在環(huán)氧樹脂上表現(xiàn)出很好的粘附性。構(gòu)成聚氨酯的聚酯和固化劑一定程度上決定了涂料在風(fēng)電葉片上的表現(xiàn)和性能，選擇一種或幾種具備較強(qiáng)耐候能力的聚酯或固化劑對于提高聚氨酯涂料的耐久性及完善其綜合性能至關(guān)重要。
在當(dāng)前風(fēng)電市場上，溶劑型涂料占據(jù)了主導(dǎo)地位，但低揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)、環(huán)保的高性能水性聚氨酯涂料顯然更加符合風(fēng)力發(fā)電“綠色能源”這一概念。水性聚氨酯涂料將成為風(fēng)電葉片涂料的一個重要的發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。隨著風(fēng)電葉片涂料技術(shù)的不斷發(fā)展，工藝技術(shù)的不斷推陳出新，水性聚氨酯涂料勢必將在風(fēng)電葉片涂料上占據(jù)一席之地。
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