摘　要：本文以海上风电机组叶片表面涂层材料为研究对象，依据风电机组风轮叶片保护涂层认证技术规范稿中，配套体系性能要求海上性能指标数据，结合陆上风电叶片涂层产品，寻找原材料佳匹配，侧重研究耐盐雾、耐湿热、耐老化性能，延长检测时间，达到耐腐蚀防盐雾的目的。
关键词：海上风电；风电叶片；表面涂层；防腐性能

1　引　言

　　能源局在海上风电工作座谈会上公布了海上风电的发展目标：2015年装机容量达到500万kW，形成海上风电的成套技术并建立完整产业链；2015年后，进入规模化发展阶段，达到国际先进技术水平，在国际市场上占有一定市场份额，到2020年装机容量达到3000万kW。
　　大陆海岸线长18000km，可利用海域面积300多万km²，海上风能资源十分丰富，风速较大，品质好，清洁环保，不受土地限制，风能资源持续稳定，年利用时间长，使机组发电量稳定、单机能量产出较大、使用寿命更长。
　　风力发电配套叶片研究工作，除了需要完成一流的气动设计和结构设计还要研究停留在叶片上的关键材料。本文仅就海上叶片应用先研究叶片表面涂层材料，如何适应海上特殊环境的需要，达到耐腐蚀防盐雾是本课题研究的目的。

2　海上环境对风电叶片表面涂层的要求

　　海上风电场处于严酷的自然环境之中，强烈的日光照射、高浓度的盐雾环境、湿度较大、水分侵蚀等因素都会对叶片表面产生严重的破坏，加之海上风电的维修成本高昂，因此需要根据海上风电场环境对叶片加强针对性的保护，延长叶片的使用寿命，确保其安全稳定的运行。

3　实验部分

　　为了使叶片表面适应海上环境特点，实现叶片的重点保护，本课题的实验思路为：在成膜物甲以羟基丙烯酸树脂为主，用线性饱和聚酯树脂加以改性，寻找佳柔刚匹配比例，因为成膜物是涂层性能的决定因素；填料种类选择分析分子排列状态，以提高涂层的密度，阻隔海洋环境的小分子侵袭速度为目的，观察试验状况实现试验效果。
　　根据风电机组风轮叶片保护涂层认证技术规范初稿，配套体系性能要求海上性能指标为实验检测依据，耐盐雾性和耐人工加速老化性QUV测试时间为3000h以上，同时用拉拔仪测试附着力(风电机组风轮叶片保护涂层配套体系性能要求初稿见表2)。

3.1　实验原材料
　　羟基丙烯酸树脂、线性饱和聚酯树脂、脂肪族异氰酸酯固化剂、填料、颜料、助剂、紫外线吸收剂、分散剂、流平剂、消泡剂、催干剂等。
3.2　检测仪器
　　人工老化试验箱、湿热箱、盐雾箱、冷阱、拉拔仪。
3.3　配方设计(见表3)

3.4　性能测试
　　上述确定的配方制成甲乙组分，按比例混合喷涂在试块表面，进行性能实测，数据见表4。

　　耐盐雾性和耐人工加速老化性QUV测试时间为127天均超过3000h以上，耐盐雾性附着力保持率为84.55％，人工加速老化性附着力保持率为82.92％，耐湿热1000h附着力保持率为82.11％，均达到了80％以上，符合海上性能指标数据要求。

4　结果与讨论

4.1　聚酯树脂的用量对叶片涂层性能的影响
　　羟基丙烯酸树脂具有优异的耐候性、耐水性、耐化学品性、耐黄变性能佳，但其硬度较高、脆性较大，通过冷拼线性饱和聚酯树脂(简称聚酯树脂)来改性丙烯酸树脂，使涂膜除具有丙烯酸树脂的优点之外，还具有优异的柔韧性、良好的层间附着力和断裂伸长率，以满足叶片在高空中安全稳定运行的要求。
　　聚酯树脂与丙烯酸酯的比例对聚酯改性丙烯酸树脂的综合性能至关重要，通过调整聚酯树脂的用量来实现叶片涂层性能的优化(见表5)。

　　由表5可以看出，聚酯树脂与丙烯酸树脂的比例减小，叶片表面涂层的硬度下降，柔韧性上升，可吊装时间增长。综上所述，通过调节聚酯树脂的用量，我们可以得到的漆膜兼有丙烯酸树脂的高硬度和聚酯树脂的高柔性特性的叶片表面涂层。
4.2　填料对叶片涂层的性能影响
　　海上风电机组的运行环境十分恶劣，时刻处在高盐雾、高湿度的环境下。这些空气中的水分、氧气、电解质等腐蚀性物质都是分子体积很小的物质，具有极强的穿透性。一旦穿透，就会与基材接触并将其腐蚀。只有提高漆膜的致密性才能有效的阻挡腐蚀物质的渗透，大量运用超细片状填料能明显提高漆膜的致密性、有效地阻隔腐蚀物质的渗透、大大延长腐蚀物质的渗透时间。
　　由于超细片状填料在漆膜固化前受到表面张力的作用而平展，自动形成互相平行、且与漆膜表面也平行的结构。这样的层层排列，其取向正好与腐蚀性物质穿透漆膜的方向相垂直，使其穿透漆膜的途径变得非常曲折迂回，从我们检测数据可以得知穿透时间大幅度延长，从而极大地提高防腐涂料的综合性能。
4.3　固化剂对叶片涂层的性能影响
　　叶片涂膜的制备是按照n(-NCO):n(-OH)=1:1的比例将基料与固化剂反应制成的，反应机理如下：

　　不同的异氰酸酯固化剂(-NCO)由于其结构和所含的活性官能团不同，其与含有羟基(-OH)的树脂交联反应后漆膜性能也会有很大不同。

　　由表6可知，HDI缩二脲和HDI三聚体异氰酸酯固化剂性能远远好于甲苯二异氰酸酯(TDI)加成物固化剂，这主要是因为HDI缩二脲和HDI三聚体异氰酸酯固化剂均为脂肪族的异氰酸酯固化剂，而TDI加成物属于芳香族异氰酸酯，异氰酸酯直接连在苯环上，在紫外光和氧的作用下，异氰酸酯基团直接与苯环形成了苯醌型结构，该结构含有黄色的发色集团，所以以此原料为固化剂的涂料容易变色，耐候性差。同时，由于TDI加成物固化剂上含有刚性的苯环结构，使其交联反应后涂膜的硬度高、脆性大、柔韧性较差。HDI三聚体和HDI缩二脲异氰酸酯固化剂相比，其三聚体为一环状结构，化学性能比HDI缩二脲稳定，且交联密度较高、致密性较好，更有利于阻隔腐蚀物质的渗透和耐候性更佳，为此我们终选择了HDI三聚体为该涂料的固化剂。
4.4　助剂的选择
　　高分子润湿分散剂可有效地帮助颜填料进行润湿分散并缩短研磨时间，对防止沉淀、絮凝、浮色、发花，改善涂料的储存稳定性起到重要的影响因素。
　　消除生产和施工过程中所形成的气泡，提高涂膜的表面装饰效果，可选用具有抑泡和消泡作用的有机硅类消泡剂。
　　流平剂具有改善干燥过程中涂膜的流动性，提高涂膜的表观效果、抗划伤性和手感的作用。
　　为进一步提高涂料的使用寿命，我们选用苯并三唑类光稳定剂和受阻胺类紫外线吸收剂来对漆膜的耐紫外线性能进行加强，同时能够产生协同效应的抗紫外线作用。

5　结　论

　　通过对羟基丙烯酸树脂冷拼线性饱和聚酯树脂的改性、选用HDI三聚体异氰酸酯固化剂、超细片状填料、有效的助剂，研制出的风电叶片涂料具有优异的附着力、柔韧性、耐水性、耐化学品性，耐人工加速老化可达3000h，耐盐雾可达3000h，耐湿热可达1000h。该涂层的研制形成了特殊的防腐系统，涂在叶片的表面能够满足叶片在海上的运行环境所经受的严峻考验，能够实现叶片涂层耐腐蚀防盐雾的目的。