中国风电叶片保护涂料的现状分析

五环之外 · 发表于 2010-9-7 09:34:26

目前叶片大多采用环氧玻璃钢或不饱和聚酯玻璃钢作为主要成膜材料，这些有机玻璃钢都具有极佳的机械性能。各厂家积累的实验数据表明，在没有外界因素破坏的情况下叶片使用寿命完全可以达到20年。因此，如何最大程度的减少外界侵蚀将是决定叶片实际使用寿命的关键因素。
叶片正常运转过程中通常可能受到以下几种外界侵蚀：第一种是来自紫外光对树脂的侵害；第二种是风砂、浮尘以及雨雾等对基材的侵蚀。就第一种而言，是属于化学性的侵蚀；第二种侵蚀是属于机械性的，对于涂料行业来说防护难度较第一种要大的多。叶片正常运转过程中叶尖的线速度可达80米/秒，这个速度相当于F1赛车的最高时速。风中含有的砂粒或水滴会对叶片表面产生强烈的冲击。如果叶片涂料耐砂蚀或雨蚀性能不佳，防护涂层将在几年内发生明显损耗，根本坚持不了20年。某国外著名主机厂2006年安装在内蒙风场的叶片大部分已出现涂层磨损严重（见附图）而必须修补的情况。之所以会出现这种情况，是因为采用的涂料防护没有考虑风砂的侵蚀。众所周知，现代化大型风力叶片主要起源于中北欧波罗的海和北海附近的低地国家，那里深受北大西洋暖流影响，以温暖潮湿的温带海洋性季风气候为主，其风源特点是含水量高，含砂量和浮尘量都极低。它们的叶片涂料自然而然的将耐雨蚀作为叶片涂料的主要检测标准，主要代表就是Simens的耐雨蚀检测企业标准。检测原理如下：将涂料施工在螺旋桨上，然后高速运转，同时人工垂直降雨，检验涂层的被击穿时间。据了解，中国化工学会将于10月25-28日在宁波组织召开2010年防腐涂料行业年会，会上全国涂料和颜料标准化技术委员会将联合国内外风电叶片涂料生产商共同启动风电叶片涂料国家标准制订工作。
耐砂蚀和耐雨蚀在机理上有共同之处，但也有所区别。其共同点在于涂层都必须经受长时间的高速粒子撞击，涂层必须具有一定的弹性。不同点在于砂子表面粗糙，硬度高，更容易划伤涂层，因此耐砂蚀的涂层不但需要弹性，还要具有高机械强度。弹性和机械强度可分别用拉伸率和抗拉强度来量化。只要涂层能随时保证这两个特性，再具备足够的厚度，就可以有效抵御风砂雨雾在叶片运行过程中的侵害。不过涂层的弹性通常会随温度变化而变化剧烈，很多常温下弹性很好的涂料在低温时就会变成刚性，从而极大降低了耐冲击性能。就中国西北部风场而言，风砂最强烈的季节恰恰在冬季，这也是内蒙某风场叶片涂层损耗严重的原因之一。
必须指出的是，耐砂蚀或雨蚀性能和耐磨性能是完全两个不相关的概念。前者主要考验垂直方向，兼顾水平方向的损耗，而后者则只考虑水平方向。事实上涂层破坏主要是由垂直方向的冲击引起。很多刚性涂料具备很完美的耐磨数据，但其耐风砂性能却极差。
目前国内外尚没有权威的叶片涂料涂膜耐风砂标准，但鉴于目前风砂危害严重的现状，GL、中国科学技术部以及一些主机厂已着手进行一些探索性工作，这些工作有的已经应用于涂料材料的选择中：如2009年的国家项目中就提出来了要满足GB2423.37砂尘试验方法；Simens的耐雨蚀检测企业标准；某国内著名整机厂在去年就开始使用喷砂实验的方法进行测试，作为材料选择时的参考；某国外涂料公司在国内进行测试时参考了GB2423.37和某整机厂的方法，结合叶片运行的情况制定了相对明确的实验方法：在耐浮尘实验国家标准的基础上进行的加速实验，加速的条件是根据风电叶片在实际使用环境下的剪切速度，提高了国家标准的浮尘与被测物体的撞击速度及浮尘的颗粒，规定了砂尘的粒径及其它测试条件，也给出了较为清晰的评价方法。
通过对国外涂料行业的技术标准的制定过程及所制定的方法，我们不难看出：他们的方法的得出是用户在充分考虑了各种运行环境的情况下，由用户和涂料企业共同研究探讨，所以他们的方法给人的感觉更能体现出应用的需求。如果我们中国的主流主机厂商能够以前瞻性的眼光去学习人家的管理方法，我们的风电行业可能要少走很多的弯路。