据中国风能协会统计，2017年全国（除港、澳、台地区外）新增装机容量1 966万千瓦，累计装机容量达到1. 88亿千瓦，同比增长11. 7%。根据国家“十三五”规划，到2020年要力争能源供应能力达到发电装机20亿kW左右，并力争使中国风电发展不低于1. 5 亿kWh时，风电占一次能源的比重约7. 5%。以2020年中国风电发展1. 5 亿kWh计算，如年发电是2 000 h，则可发3 000亿度电，约1亿t标准煤。因此，风电在中国的前景广阔，相应的叶片涂料也有较大的市场需求。
目前国内风电叶片涂料市场被国外几家知名涂料公司占据主导地位，而国外只有一家涂料公司有辊涂型风电叶片涂料配套体系，目前国产辊涂型风电叶片涂料尚属空白。与喷涂施工相比，辊涂施工可使VOC减少约25 g/m2，涂料用量减少15%。同时可改善施工环境，减少对涂装人员的身体伤害。所以从经济和环保的角度考虑开发辊涂型风电叶片涂料意义重大。
橘皮现象是风电叶片辊涂漆膜出现多也是难解决的问题，本研究通过优化设计双组分聚氨酯涂料配方，基本消除了风电叶片涂料的橘皮现象。
1 实验部分
1. 1 实验原料与仪器
聚酯羟基丙烯酸树脂（CY482）：DSM；异氰酸酯固化剂（N3390）：科思创；分散剂（4010）：AFCONA；二氧化钛（R902）：杜邦；消泡剂（2035，2045）：AFCONA；流平剂（3034，3773）：AFCONA；紫外光吸收剂（400）：巴斯夫；气相二氧化硅（R972）：德固萨；BYK-410，毕克化学；催化剂（T12）：气体化工；醋酸丁酯、环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯：上海蒂凯姆实业有限公司；消光粉（ACEMATT82，OK500，OK520，TS100）：德固萨。以上试剂均为工业级。
1. 2 辊涂型底面合一风电叶片涂料参考配方
表1为底面合一风电叶片涂料的参考配方。
1. 3 涂料的制备
按表1A 组分配方称量总配方量的40% 成膜树脂、0. 4%消泡剂1、0. 2%消泡剂2，0. 5%分散剂、7%的混合溶剂、30% 钛白粉、0. 4%R972，高速分散，研磨，待细度≤25 μm时过滤出料，再加入剩余13. 2%树脂、0. 15% 流平剂1、0. 4% 流平剂2、4% 消光粉、0. 2%BYK410、3% 混合溶剂、0. 5% 紫外光吸收剂、0. 05%催化剂，高速搅拌均匀，即得风电叶片涂料A组分。固化剂与溶剂以90∶10（质量比）配制成所需浓度的固化剂，即得风电叶片涂料B组分。
A组分与B组分按5∶1（质量比）的比例混合，加入自配的稀释剂调整黏度为60～80 s（涂-4#杯）配置成可辊涂的底面合一丙烯酸聚氨酯涂料。
1. 4 风电叶片涂料的辊涂涂装工艺
辊涂型风电叶片涂料的涂装工艺如图1所示。
按照图1的涂装工艺，使用长毛滚施工遍，干膜厚不低于70 μm，待遍实干后使用聚氨酯流平滚再施工第二道，总膜厚不低于150 μm。干燥48 h后检测性能。
1. 5 涂膜性能测试
气泡个数：使用100 mm×100 mm马口铁片制板，目测气泡的数目，计算每平方米的气泡数；
缩孔：使用100 mm×100 mm马口铁片制板，目测缩孔数量，小于2个合格；
流平性：使用100 mm×100 mm马口铁片制板，目测，漆膜平整光滑为好；涂膜性能测试项目及测试方法如表2所示。
1. 6 主要实验设备
BGD 750/1砂磨-分散-搅拌多用机、漆膜划格器（百格刀）、电子天平UW6200H、BGD880盐雾腐蚀试验箱、BGD886氙灯老化试验箱：广州标格达实验仪器用品有限公司；MG-268光泽计：KonicaMinolta（柯尼卡美能达）。
2 结果与讨论
2. 1 涂料主要组分对漆膜外观的影响
2. 1. 1 树脂
环氧树脂叶片直接在太阳光照射下易粉化，达到一定程度时甚至会在高速旋转中断裂；高速旋转的叶片受力变形较大；我国风场大多数位于风蚀情况严重的环境中，故要求风电叶片涂料具有高耐候性、优良的柔韧性和耐磨性等性能。另外风电叶片涂料采用辊涂施工工艺，辊涂面是立面，要求涂料具有优良的流动、流平性能，所以主体树脂的相对分子质量不能太大，这就要求主体树脂具有高固含、低黏度。本实验选择了聚酯改性羟基丙烯酸树脂，固含量约73%，黏度约6. 0 Pa·s（23 ℃），该树脂具有良好的力学性能、防腐蚀性能、耐候性、耐磨性等性能。用这种树脂配制成的主漆和HDI三聚体（N3390）配置的涂料具有良好的立面流平性。
2. 1. 2 消泡剂
辊涂施工时，极易导致漆膜表面有气泡，这是因为滚筒辊涂时，很容易把空气带入漆膜，从而形成气泡。所以要求消泡剂具有较强的消泡、脱泡和抑泡的作用。而消泡能力太强的消泡剂与体系相容性太差，会导致漆膜出现橘皮、缩孔，所以用于辊涂体系的涂料的消泡剂，既要具有较强的消泡能力且要与体系有一定的相容性不会导致漆膜的缩孔、橘皮。其他原料用量按表1所示，实验研究了2种消泡剂及两者复配使用的效果，结果如表3所示。
注：消泡剂添加量按照配方总质量计，下同。
从表3可以看出，当消泡剂1用量为0. 5%，消泡剂2用量为0. 3%进行复配时，既具有较强的消泡能力且与体系有一定的相容性不会导致漆膜缩孔、橘皮，从而达到漆膜流平的效果。这是因为消泡剂1为氟改性的有机硅消泡剂，它的极性较小且与体系有一定的相容性，能使涂料中相邻的小气泡互相聚集合并成为大气泡，加快气泡迁移到漆膜表面。消泡剂2为聚醚改性有机硅消泡剂，能增强与体系的相容性，所以它们能快速地迁移到漆膜表面并进入气泡壁，快速铺展，形成很薄的双膜层，进一步扩散、渗透，层状入侵，从而取代原泡膜薄壁，这样低表面张力的消泡剂分子在气液界面间不断扩散、渗透，使其膜壁迅速变薄，泡沫同时又受到周围表面张力大的膜层强力牵引，泡沫周围应力失衡，从而导致其“破泡”。
2. 1. 3 流平剂
辊涂施工易导致漆膜有橘纹，流平剂对于涂料立面流平性能起到至关重要的作用。实验研究了2种类型流平剂及其复配使用对涂料流平的影响，漆膜流平外观如图2所示。
从图2可以看出，2种流平剂复配使用，涂膜具有优异的立面流平效果。这是因为流平剂1是氟改性有机硅类流平助剂，它对于促进立面流平非常有效，对于消除漆膜短波橘纹有作用，且能在漆膜表面形成一层薄的低表面张力分子层，以提供均一的表面张力，即低表面张力驱动流平。而流平剂2为氟改性聚丙烯酸酯流平助剂，它对消除漆膜长波橘纹非常有效，降低了涂料与基材之间的表面张力，使涂料与基材有佳的润湿性，减少因溶剂挥发而导致的张力梯度，即表面张力差驱动流平。所以2种流平剂复配，就可以达到非常优异的立面流平效果。
2. 1. 4 防流挂助剂
风电叶片涂料在施工过程采用2道辊涂的施工方式，每道涂膜的湿膜厚度要求达到100 μm以上，涂料辊涂于立面表面，湿膜受重力影响必然向下流动，如果不产生流挂现象，那么漆膜必然会产生橘皮现象，轻微的橘皮是不可避免的，也是必须接受的。因此要选择一个性能优良的防流挂助剂，有适宜的用量下，使涂装与垂直表面的湿膜达到流平和流挂之间的平衡，即在施工条件下，涂料黏度降低，并在黏度的滞后回复期间保持在低黏度下，显示良好的涂膜流平性；一旦已流平后，黏度又逐步回复，这样就起了防止流挂的作用[4]。本文以气相二氧化硅与BYK-410改性脲溶液配合使用，使涂料具有很好的流变性和防沉淀性。当气相二氧化硅和BYK-410复配用量不同，其他成分用量相同时，检测涂料的抗流挂性和流平性能。结果如表4所示。从表4 可以看出，选择气相二氧化硅用量为0. 3%，BYK-410用量为0. 2%时，所制备的涂料兼具适宜抗流挂性和极佳流平性。
2. 1. 5 消光粉
风电叶片涂料要求为亚光涂料，消光粉对涂料的光泽、触变性、耐磨性有很大的影响。实验选择具有代表性的4种消光粉，保持其他组分不变，在相同温度，双组分黏度一致的情况下，考察不同种类消光粉及其用量对涂料的光泽、流平性的影响，试验结果如表5所示。
从表5 可以看出，采用TS100 消光粉且用量为4%时，所制备涂料的光泽可以降到15°，耐磨性和涂料的流平性可以满足要求。
2. 1. 6 溶剂对立面流平的影响
对于辊涂施工，漆膜的表干时间应该在30～50 min，在辊涂施工过程中，如果采用低沸点挥发速度快的溶剂，湿膜黏度急剧升高，湿膜没有流平推动力，造成橘皮影响外观质量，而采用高沸点挥发速度慢的稀释剂，辊涂后湿膜流平性良好，但是辊涂一次湿膜在100 μm以上，可能产生流挂。结合以上分析和实际施工，实验采用了m（醋酸丁酯）∶m（环己酮）∶m（丙二醇醚甲醚醋酸酯）=5∶3∶2的混合溶剂，通过3种中沸点溶剂搭配使用，使稀释剂具有适宜的挥发速度，来满足大面积立面辊涂的施工需要。
2. 2 涂膜性能
涂膜性能测试结果如表6所示。
通过采用双组分羟基丙烯酸聚氨酯底面合一漆，施工两道辊涂，能够达到风电叶片涂料技术要求。
3 结语
目前国内风电叶片涂料主要使用德国、美国和意大利进口产品，国内涂料厂家对风电涂料的研制还处于研究阶段，本文开发的辊涂型风电叶片涂料产品通过优化配方设计，能够满足风电叶片涂料技术要求。
（1）聚酯改性丙烯酸树脂能够提供风电涂料所需的机械性能和耐久性；
（2）0. 4% 氟改性有机硅消泡剂和0. 2% 聚醚改性有机硅消泡剂复配使用可有效消除涂料生产和辊涂时的气泡；
（3）0. 15%氟改性有机硅流平剂和0. 4%氟改性聚丙烯酸酯流平剂能够提供漆膜优异的立面流平性；
（4）使用0. 3% 气相二氧化硅与0. 2%BYK-410可使涂料兼具适宜的抗流挂性能和极佳流平性；
（5）采用4%TS100消光粉能达到消光、耐磨、流平性要求。采用醋酸丁酯、环几酮和丙二醇甲醚醋酸酯混合溶剂，涂料具有很好的挥发速度，能够满足大面积立面辊涂的施工需要。
