隨著人類社會的發展,生產和生活對能源的需求日漸強烈。目前,綠色能源的發展勢頭正盛,尤其是風力發電行業,近10年得到了蓬勃發展,為緩解能源危機起到了很大的作用。而我國的風場通常位于西北多風沙、東北高寒、華東沿海高鹽霧等環境惡劣的地區,這就需要對風電設備進行很好的保護,才能使風電設備產生更高的效益。風電葉片是風力發電機的關鍵部件,它通常是由纖維增強樹脂制成的復合材料,葉片本身的耐候、耐風沙性能很差。目前,風電葉片多采用聚氨酯類涂料來保護。

在風電葉片的生產過程中,葉片殼體、膩子及涂層需要經過打磨及除塵處理。在實際操作中,會有部分粉塵殘留,而且車間外的粉塵也會進入生產現場,這些粉塵會粘附在葉片表面。粉塵的存在對涂層的質量是有負面影響的[1],國內外的研究者對此也有報道,例如劉方方等[2]探討了原子灰粉塵對底漆與中間漆附著力的影響。但是,目前還沒有見到關于車間粉塵對風電葉片涂層影響的相關報道。本研究通過拉開法考察了風電葉片生產車間的粉塵對涂層附著性能的影響,結果說明了粉塵明顯降低了涂層對復合材料殼體及涂層層間的附著力。

1實驗

1.1原材料

實驗用的各種原料見表1所示。

表1 本實驗所用的原材料

1.2實驗方案

各涂層施工方式為:粗膩子為刮涂,厚度為0.7mm左右;膠衣為高壓空氣噴涂,濕膜厚度為0.15mm;面漆為高壓空氣噴涂,濕膜厚度為0.12mm。高壓空氣壓力為300kPa,噴嘴直徑為0.5mm。

首先將一塊與風電葉片外蒙皮材質等相同的復合材料板表面用80目的砂紙打磨粗糙,之后用粘塵布擦去表面粉塵,再用丙酮擦拭干凈,待丙酮揮發后再進行涂裝。涂裝順序為粗膩子、膠衣、面漆,且粗膩子和膠衣打磨后都需要擦去粉塵。此板記作A0,為無粉塵涂裝板。后進行有粉塵試樣涂裝,復合材料板與粗膩子間保留粉塵,其余層間無粉塵,記作A1板;粗膩子與膠衣層間保留粉塵,其余層間無粉塵,記作A2板;膠衣與面漆間保留粉塵,其余層間無粉塵,記作A3板;各層間均保留粉塵的,記作A4板。

另一組與風電葉片外蒙皮材質等相同的復合材料板只涂裝膠衣、面漆,且每層涂裝前都需除去粉塵、用丙酮擦拭干凈。此板記作B0,為無粉塵涂裝板。后進行有粉塵涂裝,復合材料板與膠衣間保留粉塵,其余層間無粉塵,記作B1板;膠衣與面漆間保留粉塵,其余層間無粉塵,記作B2板;各層間均保留粉塵的,記作B3板。

以上涂裝的實驗板均在(25±2)℃下放置7d,使涂層充分固化,再進行附著性能測試。

1.3附著性能測試

附著性能測試設備采用DeFelsko公司PosiTestAT附著力測試儀,所用Dolly直徑為20mm,用于粘接Dolly與涂層的膠粘劑為Huntsman公司的Araldite2011雙組分膠粘劑。測試參考標準為ASTMD4541。得到的附著強度為破壞拉力與Dolly面積的比值。強度越大,表示附著性能越好;每組測試6個數據,

取其中偏差較小的5個數據,再求平均值,并觀察破壞面狀況。

2結果與討論

2.1附著性能測試結果

實驗中所涂裝的實驗板在充分固化后,進行附著性能測試,得到的結果如表2和表3所示,并將各數據進行了柱狀圖比較,見圖1與圖2。

　　表2 A組涂裝板涂層的附著性能

　　表3 B組涂裝板涂層的附著性能

　　圖1 A組涂裝板的附著性能

　　圖2 B組涂裝板的附著性能

樹脂基的復合材料,固化后的環氧樹脂存在大量的羥基,這有利于涂料在復合材料表面很好地附著。

(3)靜電作用

在1948年,Deryaguin等提出了靜電理論。當涂料與基材的電子親和力不同時,便可互為電子的給體和受體,形成雙電層,產生靜電作用。當基材為金屬材料時,聚合物容易與金屬基材形成雙電層,產生界面接觸電勢,提高涂層在基材上的附著性能。但靜電吸附僅存在于能形成雙電層的體系中,不具有普通性。

粉塵的存在,首先直接阻礙了玻璃鋼基材與涂層間或涂層與涂層間的物理吸附,使涂層間或與基材間的有效吸附和錨固面積減小,粉塵與后道的涂層間存在物理吸附,但粉塵與前道涂層或基材間沒有牢固的作用力,故而,粉塵使涂層與基材間或涂層與涂層間的附著性能降低。

其次,粉塵的存在也阻礙了基材與涂層間或涂層與涂層間的化學吸附,涂層與涂層間或涂層與基材間無法形成有效的、足夠的化學鍵或氫鍵,化學作用力就減少,各層間的附著性能受到影響。

再者,基材與涂層間或涂層與涂層間如果存在粉塵,在涂料的固化過程中,這些粉塵會形成比較多的應力集中點。隨著涂層不斷受到外來的作用力或環境老化,這些應力集中點首先發生破壞,進而使破壞區域得以擴展,涂層間或涂層與基材間的附著性能就大打折扣。

3結語

通過拉開法對施工過程中有無粉塵的涂層進行了附著性能測試,結果表明,粉塵的存在不同程度降低了漆膜的附著強度,尤其是沒有粗膩子的涂層,強度下降達20%~30%。漆膜附著性能的降低,使涂層對風電葉片的保護作用大打折扣。所以,在風電葉片的生產過程中,應除去每層打磨后形成的粉塵,避免車間外來的粉塵,并在制度上對各種粉塵進行系統地控制[5],使涂裝質量得到提高。