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2风电叶片涂料用树脂的研究
2.1聚氨酯树脂
聚氨酯树脂具有优异的耐磨性及高低温柔韧性,其中脂肪族的聚氨酯耐候性能优异,是目前风电叶片涂料中使用最多的树脂。目前较为成熟的叶片防护涂料一般为聚氨酯体系,主要由弹性聚氨酯修补腻子、聚氨酯底漆及聚氨酯面漆组成。
国外早已开展对风电叶片用涂料的研究,近几年对叶片前缘用涂料的研究较多。叶片前缘修补面漆对耐风沙磨损及耐雨蚀性能的要求很高,由于国内外气候环境不同,国外在叶片涂料耐雨蚀方面开展了很多工作,目前常采用聚氨酯面漆。Kuehneweg等制备了一种可应用于风电叶片的双组分聚氨酯基防护涂料,研究发现,羟基组分对于漆膜的力学性能具有较大的影响,高分子量和低分子量聚醚多元醇混合得到的漆膜具有更好的拉伸强度和断裂伸长率,经过3h耐雨蚀实验,漆膜无变化,9h后只有很轻微的腐蚀损坏,可以对叶片前缘进行有效保护。Connel等制备了一种多层涂料体系用于风电叶片防护,由环氧底漆和聚氨酯面漆组成,面漆随着其中NCO:OH比例的增大,耐雨蚀性能增大,并且经过对比不同树脂面漆对叶片前缘耐雨蚀性能的影响后发现,聚氨酯树脂面漆的耐雨蚀性能要优于氟改性丙烯酸树脂及聚脲树脂面漆,可达3.5h。Kallesoee等认为,风电叶片前缘防护涂料的弹性与耐磨性同等重要。他们制备了一系列双组分聚氨酯面漆,由不同官能度及相对分子质量的多元醇及异氰酸酯组成,发现多元醇组分中至少要含有50%的聚酯多元醇,相对分子质量在200~3000g/mol之间,异氰酸酯组分官能度在2~3之间,相对分子质量在250~2000之间,得到的聚氨酯面漆经4h雨蚀实验后无变化,可以有效地对风电叶片前缘进行保护。
受耐雨蚀检测条件的限制,国内目前对聚氨酯涂料在风电叶片上的应用研究主要集中在弹性及耐磨性上。内陆地区的风沙对叶片造成磨损是主要的损坏方式,采用聚氨酯,可通过选择不同种类的多元醇得到具有优异弹性及耐磨性能的涂料。中昊北方涂料工业研究设计院有限公司采用弹性羟基树脂制备了一种耐腐蚀、耐冲击的聚氨酯涂料。该弹性羟基树脂由己内酯多元醇、聚碳酸酯和异氟尔酮异氰酸酯制得,得到的面漆落砂实验结果为32L/μm,耐水4d后落砂实验结果为29L/μm,可应用于海上风电场等对耐冲击防腐要求较高的高湿环境。
江苏海晟涂料有限公司公开了一种风电机组叶片用涂料,由一种高羟值的聚酯多元醇和聚醚多元醇制得,抗石击性能可达到7A,附着力可到9MPa,可应用于风电机组。张瑞珠等在水轮机叶片上喷涂弹性聚氨酯防护涂层,该涂层具有优异的综合力学性能,与水轮机叶片间的物理结合力达到12.6MPa,磨耗值保持在2~3mg/min,可以很好地解决水利水电工程及灌溉排水工程中的叶轮磨蚀问题。目前风电叶片涂料市场基本上都是聚氨酯体系。比如,PPG公司的HSP7401型聚氨酯底漆、AUE5000型聚氨酯面漆体系及SelemixDTM系列底面合一聚氨酯涂料,已应用于市场;3M公司的W4600型聚氨酯面漆耐雨蚀测试可达10h,耐砂蚀测试>30g/cm3,耐磨性<30mg(CS-10,1000g/1000r),也已投入市场,主要用于叶片前缘的耐砂蚀及耐雨蚀防护;麦加公司的WU200聚氨酯胶衣可通过9h的耐雨蚀实验,且经人工加速老化4000h后耐雨蚀时间基本不变,可以很好地保护叶片前缘。
在日益重视环保的今天,高固体份及水性聚氨酯用于风电叶片涂层的研究也较多。聚天门冬氨酸酯是一种高固低粘的氨基树脂,厚涂性较好,与脂肪族异氰酸酯反应制成的涂层具有优异的耐磨性及耐候性,可以考虑用于风电叶片涂层,但是其价格昂贵,柔韧性不好,一般需要使用弹性固化剂才能得到弹性涂层,不过在耐磨及耐候性要求较高的地方可以发挥重要的作用。水性聚氨酯涂料在风电叶片上的应用也有过报道,但是其在工艺及价格方面与溶剂型聚氨酯相比还处于较大的劣势,不过随着水性聚氨酯技术的发展,有望在风电叶片涂料上发挥重要的作用。
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