风电叶片涂料的评价方法及实例

   日期:2022-02-09     浏览:205    
核心提示:风电叶片涂料的评价方法及实例李儒剑,孟兆荣,周升,张琪,周伟,罗振寰,郭舜华( 株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲41
风电叶片涂料的评价方法及实例
李儒剑,孟兆荣,周升,张琪,周伟,罗振寰,郭舜华
( 株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)

2009 年哥本哈根气候变化大会后,我国政府修订了《可再生能源法》,风能发展得到了相关法律法规强有力的支持。在国家能源局的领导下,近3 年间我国风电装机容量年年翻番[1]; 2010 年,我国新增风电装机容量1 600万kW,累计超过4 000万kW,成为世界增速和装机总量的国家[2]。专家预计,今后至2020 年,每年我国会以1 200万kW 以上的增速增长[3]。
2010 年风电叶片涂料用量3 000 t左右,价值约3 亿元。我国风电叶片企业所用涂料大部分为德国Mankiewicz、美国PPG - Selemix 和德国Basf - Rulis 3 家企业生产; 国内有株洲时代电气绝缘、江苏普兰纳、西北永新和天津德威等几家生产和销售风电叶片用高性能涂料的企业,但规模都不大,无法与进口厂商抗衡。全球范围内认可的叶片涂料性能评价和供应商考核机构为德国劳氏船级社( GL) ,其负责向合格供应商颁发两年一审的认证证书; 目前国内还未有相关管理部门和行业协会针对国产风电叶片涂料制定验收标准和评价方法。本研究作者作为风电叶片涂料用户,针对风电叶片特殊的使用环境[4],制定了一套叶片涂料评价方法。

1 评价设备
C43 电子万能试验机: MTS Criterion 信标公司; JK - QTB腻子膜柔韧性测定仪: 北京恒奥德仪器仪表有限公司; PH201高温烘箱、EW0220 高低温试验机: 广州爱斯佩克环境仪器有限公司; BYK - 6801 色差仪: 德国毕克公司; QXD 0 - 50 刮板细度计: 天津精科材料试验机厂; QGS 漆膜干燥时间试验器:苏州恒港电子有限公司; JFL - B60 通用型光泽度仪、QTY 漆膜圆柱弯曲试验仪: 天津市金孚伦科技有限公司; QFH 百格刀: 深圳市三诺电子仪器有限公司; QCJ - 120 漆膜冲击试验仪: 上海赫安机电科技有限公司; QUV 紫外老化箱、Q - FOG循环腐蚀盐雾箱: 美国Q - LAB 公司; Taber 磨耗仪: 美国Taber公司; LS 落砂耐磨试验器: 上海现代环境工程技术有限公司。

2 涂装工艺及产品
风电叶片属脆性难磨和难附着非金属材料,且表面缺陷多。由于风电叶片使用环境恶劣,强紫外线辐射、强风沙侵袭及酸雨腐蚀等对叶片涂料都是严格的考验。所以,风电叶片涂装需采用耐候性能优越且干燥速度较快的双组分聚氨酯型油漆。德国Mankiewicz、美国PPG - Selemix 和德国Basf - Rulis3 家企业的风电叶片涂料均包含无溶剂双组分聚氨酯大缝腻子、无溶剂双组分聚氨酯针孔腻子、双组分聚氨酯底漆及双组分聚氨酯面漆,各产品功能及施工工艺见表1 和图1。


3 常规性能评测
风电叶片涂料和腻子每批产品在叶片上使用前需进行表2 和表3 中常规性能评测并判定是否达到指标要求,未达到指标的产品不允许使用。通过对2 家进口叶片涂料和3 家国产叶片涂料进行常规性能评测,几种涂料均能达到指标要求[5]。


4 关键性能评测及实例
4. 1 耐液体介质性能评测
由于风电叶片运输和使用时经常会与机械用燃油、液压油和酸雨等长时间接触。所以对叶片涂料进行耐液体介质性能评测很有必要。叶片涂料耐液体介质性能评价指标见表4。

采用表4 检测指标对进口2 家和国产3 家共5 家公司产品进行耐液体介质性能评价,结果发现该5 家公司产品均能满足技术指标要求。将浸泡时间延长1 倍时各公司产品在耐燃油、耐液压油和耐水方面没有问题,而耐酸碱14 d 的测试中出现很大差异,结果见表5。从表5 中可以看出,一些国产涂料耐酸碱性能优于进口油漆。

4. 2 耐侯、耐盐雾和耐冷热交替性能评测
我国大部分陆上风场地处海拔较高的东北和西北地区,这些地区日照时间长,日照辐射强度是中东部的2 倍左右。风电叶片涂料需要对叶片提供15 a 甚至更长时间的保护,那就必须是超耐候的[6]。近几年,我国大力开发海上风电,海面上的空气湿度和盐度都相当高,所以叶片涂料的耐盐雾和耐湿热性能要好。不管是内陆还是海上,白天和晚上的温差很大,叶片表面高低温极限分别可达60 ℃和- 40 ℃,所以叶片涂料还需要满足高低温交替多次后不脱落的要求。叶片涂料的耐候、耐高低温交替和耐盐雾性能指标见表6。

采用表6 技术指标对进口2 家和国产3 家共5 家公司涂料产品进行评价,结果见表7。

从检测结果可以看出,除国产2 号产品耐冷热循环严重变色外,其他公司产品耐盐雾和耐冷热循环结果大体一致; 进口产品和国产1 号产品的耐候性较好,国产2 号产品耐候试验后变色和失光为严重,国产3 号产品变色严重且有轻微粉化。经过评价发现国产1 号产品的耐环境老化性能能与进口产品媲美。
4. 3 耐磨性能评测
中国风场与欧洲风场不一样,欧洲风场的高速风资源除带有一定的湿气外无沙石等硬物; 而中国的优质风资源区域地处西北,那里常年风沙大而且干燥,所以该处的叶片磨损非常快,适应欧洲风场的进口叶片涂料涂装的叶片在中国往往2~ 3 a 就已磨损露底。评价涂料耐磨性的方法有GB/T 1768—2006 旋转橡胶砂轮法漆膜耐磨性测定和GB/T 23988—2009 落砂法涂料耐磨性测定2 种方法,这2 种方法均能客观有效地表征涂料的耐磨性能,所得结果也具有参比性[7]。表8 列出了风电叶片涂料的耐磨性评价指标。

注: 磨料为中级ISO 标准砂,粒径0. 5 ~ 1. 0 mm,生产厂家为中材厦门艾思欧标准砂有限公司。
采用表8 技术指标对2 家进口和3 家国产共5 家公司涂料产品进行耐磨性评价,结果见表9。

从评价结果中可以看出,进口1 号产品的耐磨性很差,国产3 号产品的耐磨性好,进口2 号和国产1 号产品耐磨性较好; 涂料的耐磨性与漆膜韧性、交联密度和填料所占比重相关; 韧性越好、交联密度越大和填料含量越低的涂料产品耐磨性能越好。

5 结语
中国风电场地形和气候类型众多,叶片在复杂的使用环境面临着紫外辐射、盐雾、湿热、昼夜高低温交变、风沙及形变等的严酷考验。本研究根据叶片涂料使用环境,制定了一套科学的评价指标并提供了进口和国产5 种涂料进行了评价实例。通过评价可以看出,5家公司涂料常规性能均能符合指标要求,但关键性能评价各有优劣; 有些进口涂料耐酸碱性能和耐磨性能不如国产涂料,有些国产涂料在耐酸碱、耐候和耐磨性能方面远远优于进口涂料。所以国产涂料可以替代进口涂料使用在叶片上。
 









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