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前言
為實(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(bào)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(shí)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(huì)受到風(fēng)沙雨雪的劇烈沖刷，此外，大量沙石、水滴的粘附會(huì)嚴(yán)重影響其空氣動(dòng)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(shí)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(shí)價(jià)格適中。2010年，美國PPG公司推出高級(jí)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(shí)，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。
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(gè)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。
氟聚合物材料
風(fēng)電葉片普遍面臨三個(gè)問題：冰粘附和沖擊、昆蟲的累積、沙和水滴的侵蝕。
傳統(tǒng)氟樹脂以聚偏氟乙烯（PVDF）為代表，PVDF涂料戶外的使用壽命可達(dá)20年以上。盡管具備優(yōu)良的耐候性、韌性好、耐粉化等特點(diǎn)，但由于PVDF涂料的涂敷需要經(jīng)過高溫烘烤，加工過程稍顯繁瑣。
由于氟碳涂料價(jià)格昂貴，且以PVDF為代表的傳統(tǒng)型氟碳涂料需要高溫固化，限制了其在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用。利用有機(jī)氟改性聚氨酯或其它樹脂既提高性能、降低成本又能解決氟樹脂附著能力差、不能常溫固化的缺陷。可以預(yù)見，這類涂料的誕生將推動(dòng)風(fēng)電葉片涂料的發(fā)展乃至整個(gè)風(fēng)電行業(yè)的大步前進(jìn)。
聚丙烯酸酯材料
丙烯酸樹脂涂料因其耐候、耐光、耐腐蝕性能優(yōu)異，粘接性好，對底材的附著能力強(qiáng)，已在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但該樹脂耐水、耐溶劑性能相對較差，且不耐磨，所以一般將丙烯酸樹脂作為風(fēng)電葉片涂料的底漆使用。
美國PPG公司在風(fēng)電葉片涂料中摻入適量丙烯酸類聚合物，合適的丙烯酸聚合物可以是丙烯酸的烷基酯和不飽和烯類的聚合物，如甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈，而丙烯酸的共聚物也可以含有羥基組分，以方便涂料進(jìn)行交聯(lián)，特別是直鏈上含有2~4個(gè)碳原子的烷基羥基結(jié)構(gòu)。
利用有機(jī)氟改性丙烯酸酯，改性后的涂料不僅保持了原有的丙烯酸酯的特性，還提高了涂層的耐候性、抗污性等。在國外，氟代丙烯酸酯聚合物已經(jīng)成功地用作橋梁、建筑、汽車等耐候性要求較高的外用涂料，能否將該類聚合物引入到風(fēng)電葉片涂料上是一個(gè)值得探討和研究的問題。
其它材料
聚天門冬氨酸涂料是近幾年新興的高性能雙組份涂料，耐黃變，性能穩(wěn)定。有機(jī)硅涂料具備優(yōu)良的耐候性、耐高低溫性、抗水性、耐沾污等性能，已廣泛應(yīng)用于建筑、航天等領(lǐng)域。
環(huán)氧樹脂涂料具備較高的粘接力，耐候性較強(qiáng)，防腐性能卓越，通過添加納米無機(jī)材料對環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行改性，可以提高涂層的耐磨及防腐能力Karmouch在環(huán)氧涂料中添加納米級(jí)二氧化硅顆粒得到超疏水涂料，將該涂料應(yīng)用在風(fēng)電葉片基材上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂層表面接觸角可達(dá)到152°，且具備較強(qiáng)的紫外線耐受力。
除添加無機(jī)納米材料外，直接涂抹無機(jī)薄膜作為防護(hù)涂層也能對葉片起到保護(hù)作用。Ni-P薄膜作為應(yīng)用甚廣的無機(jī)涂層，具備良好的耐磨和耐腐蝕性Lee將Ni-P薄膜涂布在風(fēng)電葉片上，在較高的P含量（P>7%）和較小的微空隙下，當(dāng)?shù)撞牟ＡЮw維增強(qiáng)塑料（GFRP）的表面粗糙度超過0˙3μm后，涂料的防腐和耐磨性能將有所提高，此外，膜厚和拋光條件對涂膜性能也有影響。
結(jié)束語
現(xiàn)如今，居高不下的維修成本，是大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的絆腳石。研究一種經(jīng)濟(jì)高效的葉片涂料已成為推廣風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)亟待解決的問題。風(fēng)電葉片防護(hù)涂層材料的研發(fā)不局限于單一的某種材料，幾種樹脂的配套使用或通過改性可使涂料性能更趨優(yōu)異，合理搭配聚氨酯、有機(jī)氟、丙烯酸類等聚合物，特別是利用有機(jī)氟改性有助于獲得性能全面的葉片涂料。當(dāng)前，我國的風(fēng)電葉片涂料大部分還依賴進(jìn)口，但相信隨著研究的不斷深入，綜合性能優(yōu)異的國產(chǎn)風(fēng)電葉片涂料的問世指日可待，這對于促進(jìn)風(fēng)電的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高國產(chǎn)風(fēng)力機(jī)組在國際市場的競爭能力，實(shí)現(xiàn)我國風(fēng)電設(shè)備制造的國產(chǎn)化意義重大。
文章來源于網(wǎng)絡(luò)。
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