摘　要：本文以海上風電機組葉片表面涂層材料為研究對象，依據風電機組風輪葉片保護涂層認證技術規范稿中，配套體系性能要求海上性能指標數據，結合陸上風電葉片涂層產品，尋找原材料佳匹配，側重研究耐鹽霧、耐濕熱、耐老化性能，延長檢測時間，達到耐腐蝕防鹽霧的目的。
關鍵詞：海上風電；風電葉片；表面涂層；防腐性能

1　引　言

　　能源局在海上風電工作座談會上公布了海上風電的發展目標：2015年裝機容量達到500萬kW，形成海上風電的成套技術并建立完整產業鏈；2015年后，進入規?；l展階段，達到國際先進技術水平，在國際市場上占有一定市場份額，到2020年裝機容量達到3000萬kW。
　　大陸海岸線長18000km，可利用海域面積300多萬km²，海上風能資源十分豐富，風速較大，品質好，清潔環保，不受土地限制，風能資源持續穩定，年利用時間長，使機組發電量穩定、單機能量產出較大、使用壽命更長。
　　風力發電配套葉片研究工作，除了需要完成一流的氣動設計和結構設計還要研究停留在葉片上的關鍵材料。本文僅就海上葉片應用先研究葉片表面涂層材料，如何適應海上特殊環境的需要，達到耐腐蝕防鹽霧是本課題研究的目的。

2　海上環境對風電葉片表面涂層的要求

　　海上風電場處于嚴酷的自然環境之中，強烈的日光照射、高濃度的鹽霧環境、濕度較大、水分侵蝕等因素都會對葉片表面產生嚴重的破壞，加之海上風電的維修成本高昂，因此需要根據海上風電場環境對葉片加強針對性的保護，延長葉片的使用壽命，確保其安全穩定的運行。

3　實驗部分

　　為了使葉片表面適應海上環境特點，實現葉片的重點保護，本課題的實驗思路為：在成膜物甲以羥基丙烯酸樹脂為主，用線性飽和聚酯樹脂加以改性，尋找佳柔剛匹配比例，因為成膜物是涂層性能的決定因素；填料種類選擇分析分子排列狀態，以提高涂層的密度，阻隔海洋環境的小分子侵襲速度為目的，觀察試驗狀況實現試驗效果。
　　根據風電機組風輪葉片保護涂層認證技術規范初稿，配套體系性能要求海上性能指標為實驗檢測依據，耐鹽霧性和耐人工加速老化性QUV測試時間為3000h以上，同時用拉拔儀測試附著力(風電機組風輪葉片保護涂層配套體系性能要求初稿見表2)。

3.1　實驗原材料
　　羥基丙烯酸樹脂、線性飽和聚酯樹脂、脂肪族異氰酸酯固化劑、填料、顏料、助劑、紫外線吸收劑、分散劑、流平劑、消泡劑、催干劑等。
3.2　檢測儀器
　　人工老化試驗箱、濕熱箱、鹽霧箱、冷阱、拉拔儀。
3.3　配方設計(見表3)

3.4　性能測試
　　上述確定的配方制成甲乙組分，按比例混合噴涂在試塊表面，進行性能實測，數據見表4。

　　耐鹽霧性和耐人工加速老化性QUV測試時間為127天均超過3000h以上，耐鹽霧性附著力保持率為84.55％，人工加速老化性附著力保持率為82.92％，耐濕熱1000h附著力保持率為82.11％，均達到了80％以上，符合海上性能指標數據要求。

4　結果與討論

4.1　聚酯樹脂的用量對葉片涂層性能的影響
　　羥基丙烯酸樹脂具有優異的耐候性、耐水性、耐化學品性、耐黃變性能佳，但其硬度較高、脆性較大，通過冷拼線性飽和聚酯樹脂(簡稱聚酯樹脂)來改性丙烯酸樹脂，使涂膜除具有丙烯酸樹脂的優點之外，還具有優異的柔韌性、良好的層間附著力和斷裂伸長率，以滿足葉片在高空中安全穩定運行的要求。
　　聚酯樹脂與丙烯酸酯的比例對聚酯改性丙烯酸樹脂的綜合性能至關重要，通過調整聚酯樹脂的用量來實現葉片涂層性能的優化(見表5)。

　　由表5可以看出，聚酯樹脂與丙烯酸樹脂的比例減小，葉片表面涂層的硬度下降，柔韌性上升，可吊裝時間增長。綜上所述，通過調節聚酯樹脂的用量，我們可以得到的漆膜兼有丙烯酸樹脂的高硬度和聚酯樹脂的高柔性特性的葉片表面涂層。
4.2　填料對葉片涂層的性能影響
　　海上風電機組的運行環境十分惡劣，時刻處在高鹽霧、高濕度的環境下。這些空氣中的水分、氧氣、電解質等腐蝕性物質都是分子體積很小的物質，具有極強的穿透性。一旦穿透，就會與基材接觸并將其腐蝕。只有提高漆膜的致密性才能有效的阻擋腐蝕物質的滲透，大量運用超細片狀填料能明顯提高漆膜的致密性、有效地阻隔腐蝕物質的滲透、大大延長腐蝕物質的滲透時間。
　　由于超細片狀填料在漆膜固化前受到表面張力的作用而平展，自動形成互相平行、且與漆膜表面也平行的結構。這樣的層層排列，其取向正好與腐蝕性物質穿透漆膜的方向相垂直，使其穿透漆膜的途徑變得非常曲折迂回，從我們檢測數據可以得知穿透時間大幅度延長，從而極大地提高防腐涂料的綜合性能。
4.3　固化劑對葉片涂層的性能影響
　　葉片涂膜的制備是按照n(-NCO):n(-OH)=1:1的比例將基料與固化劑反應制成的，反應機理如下：

　　不同的異氰酸酯固化劑(-NCO)由于其結構和所含的活性官能團不同，其與含有羥基(-OH)的樹脂交聯反應后漆膜性能也會有很大不同。

　　由表6可知，HDI縮二脲和HDI三聚體異氰酸酯固化劑性能遠遠好于甲苯二異氰酸酯(TDI)加成物固化劑，這主要是因為HDI縮二脲和HDI三聚體異氰酸酯固化劑均為脂肪族的異氰酸酯固化劑，而TDI加成物屬于芳香族異氰酸酯，異氰酸酯直接連在苯環上，在紫外光和氧的作用下，異氰酸酯基團直接與苯環形成了苯醌型結構，該結構含有黃色的發色集團，所以以此原料為固化劑的涂料容易變色，耐候性差。同時，由于TDI加成物固化劑上含有剛性的苯環結構，使其交聯反應后涂膜的硬度高、脆性大、柔韌性較差。HDI三聚體和HDI縮二脲異氰酸酯固化劑相比，其三聚體為一環狀結構，化學性能比HDI縮二脲穩定，且交聯密度較高、致密性較好，更有利于阻隔腐蝕物質的滲透和耐候性更佳，為此我們終選擇了HDI三聚體為該涂料的固化劑。
4.4　助劑的選擇
　　高分子潤濕分散劑可有效地幫助顏填料進行潤濕分散并縮短研磨時間，對防止沉淀、絮凝、浮色、發花，改善涂料的儲存穩定性起到重要的影響因素。
　　消除生產和施工過程中所形成的氣泡，提高涂膜的表面裝飾效果，可選用具有抑泡和消泡作用的有機硅類消泡劑。
　　流平劑具有改善干燥過程中涂膜的流動性，提高涂膜的表觀效果、抗劃傷性和手感的作用。
　　為進一步提高涂料的使用壽命，我們選用苯并三唑類光穩定劑和受阻胺類紫外線吸收劑來對漆膜的耐紫外線性能進行加強，同時能夠產生協同效應的抗紫外線作用。

5　結　論

　　通過對羥基丙烯酸樹脂冷拼線性飽和聚酯樹脂的改性、選用HDI三聚體異氰酸酯固化劑、超細片狀填料、有效的助劑，研制出的風電葉片涂料具有優異的附著力、柔韌性、耐水性、耐化學品性，耐人工加速老化可達3000h，耐鹽霧可達3000h，耐濕熱可達1000h。該涂層的研制形成了特殊的防腐系統，涂在葉片的表面能夠滿足葉片在海上的運行環境所經受的嚴峻考驗，能夠實現葉片涂層耐腐蝕防鹽霧的目的。