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【技术】风电叶片涂料用树脂研究进展

2016-08-24 14:43来源:中国腐蚀与防护网关键词:风电叶片风电机组风电运维收藏点赞

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除了优异的耐候性能之外,氟树脂还由于氟原子电负性较大,往往具有较低的表面能,因此使用氟树脂可以得到具有优异防覆冰性能的涂料。冬季时叶片很容易遇到冰雪天气,尤其是在北欧、北美及我国的西北地区,如果叶片上的冰没有及时清除,会带来一系列严重的问题。目前主要有两种清冰技术——利用热、电、机械及超声波的主动清冰技术和使用防覆冰涂料的被动清冰技术。主动清冰技术应用广泛,效果很好,但是耗能耗,而使用防覆冰涂料既简单方便,又环保,因此从长远来讲,防覆冰涂料将会取代传统的主动清冰技术,能更有效地保护风电叶片的正常运行。Peng等在风电叶片上制备了一种超疏水PVDF涂料,水接触角和滑动角可分别达到156°和2°,与无PVDF涂料防护的叶片表面相比,具有非常优异的防冰性能。

氟树脂具有优异的耐候性和防覆冰性能,非常适合应用于风电叶片涂料,但是纯氟树脂涂料的附着力及柔韧性较差,成本很高,因此可以考虑将其与聚氨酯或丙烯酸树脂搭配使用来得到具有优异综合性能的涂料。Alois使用IPDI和一种带全氟链段的多元醇制备了氟改性聚氨酯涂层,该涂层可常温固化,具有优异的耐候性,同时还具有防油、防水及防尘性能。狄志刚等以脂肪族共聚酯和氟树脂为原料,与IPDI反应得到了一种弹性聚氨酯固化剂,用它制成的涂层具有优异的耐候性及柔韧性,可用于风电叶片防护。株洲时代新材料科技股份有限公司采用羟基氟碳树脂和热塑性丙烯酸树脂制备了一种风电叶片用面漆,人工加速老化6000h后失光率仅为20%。

在水性氟树脂涂料方面,河北晨阳工贸集团有限公司采用羟基丙烯酸乳液、水性氟碳乳液与水分散型异氰酸酯反应制得一种风电叶片用水性氟碳面漆,耐候可达3000h,附着力超过10MPa,耐盐雾试验超过2000h,耐磨性(1000g/1000r)<60mg。上海应用技术学院制备了一种水性含氟聚氨酯涂料,首先由TMP、IPDI及五氟丙醇合成得到一种含氟二异氰酸酯,再与聚醚二元醇、聚碳酸酯二醇合成得到水性羟基含氟聚氨酯树脂。该水性含氟聚氨酯涂料涂膜后硬度可达到3H,与水的接触角为106°。

氟树脂优异的耐候性及低表面能对于风电叶片涂料来说是一个非常大的优势,通过聚氨酯树脂的改性可以有效地解决其不足之处,同时可以赋予涂层更优异的耐候性能及防覆冰性能。这是目前一个热门的研究方向。

2.4有机硅树脂

有机硅树脂最突出的是耐高温性,在耐高温涂料方面应用较多。同氟树脂类似,它还具有较低的表面能和耐候性,因而在防污涂料、自修复涂料及耐候涂料方面也有研究。但是,纯有机硅制备的涂层往往附着力及力学性能较差,成本很高,一般同氟树脂一起,需要与聚氨酯树脂或丙烯酸树脂搭配使用,可以得到具有综合性能优异的涂层。如西北永新化工有限公司采用聚酯、聚四氢呋喃二醇、端羟基(氨基)硅氧烷、含氟硅氧烷及脂肪族二异氰酸酯制备了一种有机氟硅聚氨酯树脂,应用于风电叶片防护涂层。经固化得到的涂层耐磨性(1000g/1000r)达到0.2mg,拉伸强度37MPa,断裂伸长率770%,可通过5000h人工加速耐老化实验。张乐显等采用氟碳树脂、有机硅改性丙烯酸树脂、线性聚酯树脂制备了一种风电叶片涂料,涂层耐磨性(1000g/1000r)达到16.5mg,拉伸强度22MPa,可通过4000h人工加速耐老化实验和3000h耐盐雾实验。2009年国际风能大会上,道康宁公司展示了一种风电叶片用硅树脂涂层,可直接涂敷在叶片表面,防护效果优异。但是,有机硅树脂因为价格昂贵、涂层制备复杂,在风电叶片上的研究报道不多,随着以后对硅树脂研究的增多,硅树脂在特种涂料方面会有更大的发展空间。

2.5环氧树脂

环氧树脂涂料具有优异的防腐性能及粘接性能,但是柔韧性及耐候性能较差,这限制了其在风电叶片涂料,尤其是面漆上的应用。海上风电叶片需要涂层具有优异的耐盐雾性能及耐潮湿性,如江苏普兰纳涂料有限公司制备了一种耐潮湿的兆瓦级风电叶片用环氧底漆,得到的漆膜与玻璃钢附着力超过8MPa,耐水10d后吸水率小于1%,耐水15d后无变化,且具有优异的耐盐雾性能。

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