0 前言
2014年我国风电行业继续保持强劲的增长，全年新增装机容量1 981万kW，创历史新高。风电行业的增长带动了风电涂料的需求，然而2015年1月26日，财政部、国家税务总局联合发出的《关于对电池、涂料征收消费税的通知》提出，从2月1日起对于施工状态下挥发性有机物VOC(Volatile OrganicCompounds)含量大于420 g/L的涂料征收4%消费税，无疑像一颗重磅炸弹，在涂料行业引起巨大反响。该项规定对叶片涂料会产生哪些影响呢，本文对此进行了分析，并对叶片涂料的现状和将来的发展趋势进行了总结和预测。
1 叶片腻子
目前叶片腻子品种主要有不饱和聚酯腻子、聚天门冬氨酸酯腻子、无溶剂聚氨酯腻子，它们的性能指标如表1所示。
目前市场上的叶片腻子的VOC含量均小于50 g/L，对环境污染很小，因此符合当前的环保潮流，由于无溶剂聚氨酯腻子干性可调，各项性能优异，因此是当前风电腻子的主流产品。目前所面临的问题是各叶片厂的生产工艺不同，施工节奏也不一样，如何提高腻子本身的施工性能，来适应叶片厂紧张的生产节奏的要求。比如由于叶片厂条件的限制，不能做到施工温度的恒定，冬天时车间温度只有几摄氏度，夏天温度要达到接近40 ℃，在如此大的温度范围内，如何平衡腻子的活化期和可打磨时间之间的矛盾(见图1)，提高施工进度，是配方工程师需要迫切解决的问题。
2 叶片涂料
目前常用的风机叶片涂料配套体系见表2。
根据目前的发展现状，预测将来的叶片涂料发展趋势如下：
根据目前的发展现状，预测将来的叶片涂料发展趋势如下：
2.1 从传统的底漆面漆配套向高固体分、低VOC的底面合一涂料方向发展
溶剂型聚氨酯底漆和溶剂型弹性聚氨酯面漆是应用早、使用普遍、技术成熟的风机叶片涂层体系，聚氨酯底漆提供优良的附着力，脂肪族弹性聚氨酯面漆提供较好的耐老化性能，优异的耐磨性、抗划伤性和良好的耐沾污性，弹性涂膜有助于抗风沙的侵蚀。该配套施工一般采用一遍底漆、两遍面漆的施工方式，之所以采用两遍面漆，一是为了达到所需膜厚，二是可以弥补一遍面漆涂装可能带来的漏涂以及膜厚不均等缺陷。这种配套的主要缺点是涂料固体分略低，VOC含量大；近几年出现的底面合一叶片涂料，体积固体分相比前一种涂料有所提升，由于采用了一种涂料涂装两道的方式，在同样的设计膜厚的情况下，施工道数也减少了，同时由于VOC含量有所降低，是容易被接受的涂料配套体系。需要指出的是目前市场上的底面合一涂料施工状态下VOC含量仍然高于420 g/L，需要继续降低。
2.2 向无溶剂涂料、水性涂料发展
2.2 向无溶剂涂料、水性涂料发展
无溶剂聚氨酯底漆和水性聚氨酯面漆配套是符合当前的低VOC、低气味环保潮流的，但是由于无溶剂聚氨酯底漆存在活化期短，干燥时间长的问题，水性聚氨酯面漆相比溶剂型底面合一产品固体分低，一道大涂装厚度较薄(见表3)，需要施工两道，同时水性涂料对于施工环境的温湿度比较敏感，需要专用的排风除湿以及施工设备，干燥较慢(见图2)，这便影响了施工效率，不能满足较快生产节奏的要求。再加上水性涂料成本较高，在目前我国叶片整机价格持续走低，叶片厂更加注重控制原材料成本的情况下，不容易被大面积应用，所以还不是目前市场上的主流产品。但却是叶片领域目前能够满足施工状态下VOC含量小于等于420 g/L，可以免税的产品，因此仍是叶片涂料未来发展的方向。
叶片涂料刚开始在国内使用时，各叶片厂普遍以喷涂为主，但是由于施工场地限制，很多公司叶片涂装车间不是相对独立的封闭空间，或者没有完善的抽排风设施，从而造成环境污染较大，同时涂料消耗也较大，据统计1个叶片采用喷涂比滚涂多用近1/3的涂料，因此有很多叶片厂家开始采用滚涂方式，为此涂料厂商推出了适应滚涂方式的产品，以满足叶片厂的需求。当然如果1个产品既可以喷涂又可以滚涂，肯定更受欢迎。将来随着对叶片外观要求越来越高，生产节奏的加快和节省人工成本的考虑，叶片厂家不排除像国外一样推出自动化涂装，到那时能够适应自动化喷涂的产品也会随之诞生。图3是叶片的自动喷涂设备。
2.4 向低重金属含量方向发展
2.4 向低重金属含量方向发展
目前一些出口叶片要求重金属含量满足欧盟RoHS标准的要求(见表4)，随着我国环境压力越来越大，环保法规越来越严，相信对重金属含量进行控制也会成为一种趋势。
2.5 从一般的装饰性能向功能型涂料方向发展
2.5.1 抗结冰涂料
由于我国部分地区冬季气温较低，叶片出现结冰(见图4)，严重影响风电机组的运行，因此对叶片涂层提出了抗结冰的要求。抗结冰涂料的设计思路主要有两个方面，一是阻止或减少冰的形成，二是降低冰在叶片表面的附着力。目前所采用的方法主要是提高涂料的疏水性、憎水性，降低涂料的表面能。涂层表面具有很好的憎水性时，水对涂料表面的润湿性就差，水就能以液滴而不是连续的水膜的形式出现在叶片表面，随着叶片的高速运转被甩出，从而大大减少了低温下的结冰量。达到抗冰的效果。
抗结冰涂料的抗结冰性能检测没有一个统一的标准，一般在试验室主要考查水对涂层的接触角，要求≥100°；冰的附着力测试，要求≤9.8 N/cm2，测试方法是将盛有一定体积的水的圆柱形容器放置于涂有抗结冰涂料的测试板上，使容器中的水结冰，通过对容器施加力，使冰与涂膜表面发生剪切位移，测定位移起始时的剪切力，以此表示冰对涂层的附着力，见图5。
目前国内叶片涂料市场上的抗结冰涂料有聚氨酯和氟碳两个品种，而在国外对抗结冰涂料的研究主要集中在有机硅和有机氟或者氟硅结合类聚合物作为主体树脂，有的加入特殊的纳米改性的二氧化硅材料，做成具有荷叶效应的涂料，具有一定的抗冰性能。需要指出的是这类涂料的防结冰性能只在特定的气候条件有效，对于低温、高湿、起霜的气候条件结果尚不太理想，由于风吹雨淋日照使得涂膜表面老化造成抗结冰性能的下降，一般使用2～3 a需要重新涂装，如何延长抗结冰涂料的使用寿命也是迫切需要解决的问题。
2.5.2 低污染易清洁涂料
由于近年来我国环境污染加剧，雾霾现象变得越来越常见，根据调查，运行1～2 a的风电叶片表面便会吸附大量的灰尘和污物，由于风机叶片一般在离地几十米的空中，清洗十分不易(见图6)，因此叶片涂料如果具有耐沾污性能，无疑会受到客户的欢迎。目前耐沾污涂料的设计思路主要有两种：一种是具有憎水特性的耐沾污涂料，另一种是具有亲水特性的耐沾污涂料。由于我国的环境污染主要是以煤炭和石油燃烧所产生的亲油物质为主，因此第二种设计思路更符合中国国情(见图7、图8)。具有亲水特性的涂膜在下雨时比较容易被雨水润湿，从而进入涂膜和污染物之间的缝隙中，使得污染物和涂膜的附着力降低，随着雨水的冲刷作用污染物被去除。具有上述原理的防污染涂料于1992年被日本关西涂料公司推出，并率先应用于建筑物和防腐蚀面漆上。近年来中远关西涂料公司推出的自清洁氟碳涂料相继在辽河特大桥和中朝鸭绿江大桥上得到应用，相信具有自清洁功能的叶片涂料有朝一日也会面世。
2.5.3 高性能的前缘保护涂料
根据对目前国内各大风场的机组运行情况进行调查发现，5 a内约50%的风机叶片存在前缘损伤开裂等现象，出现这种现象的原因主要是叶片前缘特别是叶尖部位线速度可达70～80 m/s，在如此高的速度下，如果遇到降雨或风沙天气，雨滴或砂粒便会以巨大的撞击力落到涂层上，对涂层造成破坏，同时叶片前缘又是叶片转动时受风阻力大的部位，在受力的情况下，叶尖部位的形变可能超过1 m，再加上强烈的紫外光、剧烈的高低温变化，盐雾、湿热等恶劣环境，叶片前缘是叶片易损坏的部位。因此对叶片的前缘部位进行重点保护是必不可少的。目前对于叶片的前缘保护主要有两种方法：一种是黏贴叶片保护膜，据报道叶片保护膜可以为叶片前缘提供5a左右的有效保护；一种是前缘保护涂料。作为前缘保护涂料，应把耐沙蚀和雨蚀作为重要的考核指标。
目前国内外对于耐沙蚀和雨蚀都没有统一的标准，耐雨蚀主要是Simens的耐雨蚀检测企业标准。检测原理如下：将涂料样板固定在螺旋桨上，然后以500km/h的速度高速运转，同时按照30 L/h的速度垂直降雨，检验涂层的被击穿时间。至于耐砂蚀方面，相关部们应该参考耐浮尘试验国家标准GB/T 2423.37—2006，结合叶片运行实际的情况制定相对明确的试验方法，用于叶片涂料的筛选。
3 结语
根据JB/T 10194—2000《风力发电机组风轮叶片》规定，叶片的使用寿命应大于20 a，因此叶片涂料的防护年限也应与此相符，可是实际运行中叶片涂料的性能离要求还有一定的差距，这对于涂料工作者来说是一次挑战，也是一次机遇，我们应该刻苦攻关，争取早日使我国风电涂料像风电产业一样居于世界的前列。
