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前言
為實現(xiàn)風電葉片長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，需要在葉片上涂裝防護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電葉片保護領(lǐng)域的研究進展，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涂層，以期使得葉片涂料具備優(yōu)異的防護性能。
風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，我國風電實現(xiàn)并網(wǎng)達到1613萬kW,同比增長92%。風力發(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)量對于促進風電發(fā)展尤為重要。
風電葉片作為發(fā)電風機的重要組成部分，是確保其在惡劣的環(huán)境下長期、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在。風電葉片的長度可達60m,葉片防雷擊的工作已有多篇文獻報道，但另一方面，由于風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行涂裝保護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。
本文主要介紹作為風電葉片防護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)展進行了展望。
風電葉片涂層材料的性能要求
風電葉片涂料需要經(jīng)受陽光暴曬，晝夜冬夏的高低溫變化，在高速運轉(zhuǎn)中，會受到風沙雨雪的劇烈沖刷，此外，大量沙石、水滴的粘附會嚴重影響其空氣動力學(xué)性能以及降低發(fā)電機組的輸出功率[5。作為風電葉片的涂料，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，國際上使用的風電葉片防護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、較強的附著能力，故由其所制的涂料已最廣泛地應(yīng)用在風電葉片上。風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。
在當前風電市場上，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力發(fā)電“綠色能源”這一概念。水性聚氨酯涂料將成為風電葉片涂料的一個重要的發(fā)展方向和研究熱點。隨著風電葉片涂料技術(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電葉片涂料上占據(jù)一席之地。
氟聚合物材料
風電葉片普遍面臨三個問題：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20年以上。盡管具備優(yōu)良的耐候性、韌性好、耐粉化等特點，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，限制了其在風電葉片上的應(yīng)用。利用有機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風電葉片涂料的發(fā)展乃至整個風電行業(yè)的大步前進。
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，已在各個領(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電葉片涂料的底漆使用。
美國PPG公司在風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，以方便涂料進行交聯(lián)，特別是直鏈上含有2~4個碳原子的烷基羥基結(jié)構(gòu)。
利用有機氟改性丙烯酸酯，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電葉片涂料上是一個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，防腐性能卓越，通過添加納米無機材料對環(huán)氧樹脂涂料進行改性，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二氧化硅顆粒得到超疏水涂料，將該涂料應(yīng)用在風電葉片基材上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)涂層表面接觸角可達到152°，且具備較強的紫外線耐受力。
除添加無機納米材料外，直接涂抹無機薄膜作為防護涂層也能對葉片起到保護作用。Ni-P薄膜作為應(yīng)用甚廣的無機涂層，具備良好的耐磨和耐腐蝕性Lee將Ni-P薄膜涂布在風電葉片上，在較高的P含量（P>7%）和較小的微空隙下，當?shù)撞牟ＡЮw維增強塑料（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)展風力發(fā)電的絆腳石。研究一種經(jīng)濟高效的葉片涂料已成為推廣風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個亟待解決的問題。風電葉片防護涂層材料的研發(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、有機氟、丙烯酸類等聚合物，特別是利用有機氟改性有助于獲得性能全面的葉片涂料。當前，我國的風電葉片涂料大部分還依賴進口，但相信隨著研究的不斷深入，綜合性能優(yōu)異的國產(chǎn)風電葉片涂料的問世指日可待，這對于促進風電的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高國產(chǎn)風力機組在國際市場的競爭能力，實現(xiàn)我國風電設(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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