CN103627277B - 一种新型风电叶片用耐磨防护剂及其制备方法和施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型风电叶片用耐磨防护剂及其制备方法和施工方法，这种耐磨防护剂具有优异的耐候性和耐磨性、附着力强、较强的耐腐蚀性、抗结冰以及使用寿命长等优点，这种耐磨防护剂分为风电叶片底层防护剂和外层防护剂；底层防护剂由聚酯改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯等组成；外层防护剂由有机氟改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、碳化硅、碳化硅超微粉复合物等组成。

Description

一种新型风电叶片用耐磨防护剂及其制备方法和施工方法

技术领域

本发明涉及风力发电工业领域中的一种风电叶片用防护剂，尤其涉及一种分为风电叶片底层防护剂和外层防护剂的新型耐磨防护剂及其制备方法和施工方法。

背景技术

风力发电作为一种清洁的可再生能源,在世界各国已经得到认可,对风能的有效利用可以有助于实现能源结构多元化和减少环境污染，因此风力发电市场得到了迅猛增长, 但由于风电机组面临的是大气、水和土壤剧烈污染和腐蚀，从而对相关装置设备的质量、操作、维护以及寿命等性能的要求也越来越来高和苛刻。

风电叶片作为发电风机的重要组成部分, 是确保其在恶劣的环境下长期、稳定运转的关键所在。风电叶片通常制造材料为环氧树脂玻璃钢，长度最长可达60m,常年经受沙尘、紫外线和暴雨，在南方风能电站主要以抗台风为主，在北方风能电站主要以抗沙尘为主， 然而总体来说风电叶片普遍会面临以下问题:冰粘附、风力冲击、昆虫的累积、沙和水滴的侵蚀。风电叶片受到强烈的侵蚀后很难保持完好,需要对风电叶片进行更换和维修，从而影响风电整体机组的运行。目前，国内企业通常在叶片表面上涂上一层普通的涂料用来保护风电叶片，但这种风电叶片涂料耐候性、耐磨性、附着力以及耐腐蚀性差，风电叶片经受着阳光暴晒,昼夜冬夏的高低温变化,在高速运转中,还会受到风沙雨雪的剧烈冲刷,此外,大量沙石、水滴的粘附会严重影响其空气动力学性能以及降低发电机组的输出功率。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题存在的不足，提供一种具有优异的耐候性和耐磨性、附着力强、较强的耐腐蚀性、抗结冰以及使用寿命长，并且适应南北方不同极端气候条件下风电场使用需求的新型风电叶片用耐磨防护剂。

本发明所采用的技术方案是，这种新型风电叶片用耐磨防护剂分为风电叶片底层防护剂和外层防护剂；底层防护剂由聚酯改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、炭黑、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、分散剂、消泡剂组成；外层防护剂由有机氟改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、碳化硅、碳化硅超微粉复合物、分散剂、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、消泡剂、光稳定剂、流平剂组成。

底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改性丙烯酸树脂45份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛15份—20份、沉淀硫酸钡6份—10份、轻质碳酸钙6份—10份、炭黑0.1—0.3份、防沉气相二氧化硅0.5份—0.9份、消光粉4份—8份、丙二醇甲醚醋酸酯3.1份—4.3份、二甲苯0.4份—0.8份、分散剂0.9份—1.4份、消泡剂0.2—0.5份。

外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂40份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛20份—25份、碳化硅5份—10份、碳化硅超微粉复合物1—5份、分散剂0.9份—1.4份、防沉气相二氧化硅0.8份—1.2份、消光粉6—9份、丙二醇甲醚醋酸酯1.5份—4份、二甲苯0.4份—0.8份、消泡剂0.2—0.4份、光稳定剂0.5份—0.9份、流平剂0.1份—0.3份。

其中有机氟改性丙烯酸树脂，氟单体量占总量的15-20%，17%为最佳量。

其中消光粉为: 沉淀二氧化硅；

其中消泡剂为:聚醚改性有机硅；

其中分散剂为: 聚丙烯酰胺；

其中光稳定剂为: 聚丁二酸；

其中流平剂为: 丙烯酸酯；

其中碳化硅超微粉复合物包括碳化硅超微粉和α-Al₂O₃超微粉，超微粉粒度≤5μm。

碳化硅粒度分布在25-15mm、15-8mm、8-5mm、5—3mm、3—1mm、1—0mm的粒度区间。

本发明的制备方法和施工方法为：

步骤一、底层防护剂的制备方法：

按比例将聚酯改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、炭黑、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、分散剂、消泡剂加入到分散罐中，高速分散50—60分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤35μm，用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到底层防护剂；

步骤二、外层防护剂的制备方法：

按比例将有机氟改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、碳化硅、碳化硅超微粉复合物、分散剂、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、消泡剂、光稳定剂、流平剂加入到分散罐中，高速分散30—50分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤30μm，用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到外层防护剂；

步骤三、底层防护剂的施工方法：

在施工现场，首先把底层防护剂和固化剂（固化剂加入量是底层防护剂重量的5%—15%）放入混合搅拌机内搅拌15分钟后备用，用找平腻子对风电叶片的表面进行找平处理，干燥后进行打磨，然后把混合好的底层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到叶片表面上，固化30-50分钟后，采用针孔修补腻子修补局部缺陷，进行二次打磨；

步骤四、外层防护剂的施工方法：

把外层防护剂和固化剂（固化剂加入量是底层防护剂重量的10%—20%）放入混合搅拌机内搅拌10分钟后，把混合好的外层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到已附着一层底层防护剂并且二次打磨后的风电叶片表面上，固化1小时后，即可得到一层致密的、附着力强的耐磨防护层。

其中在步骤一和步骤二中的稀释剂为二甲苯。

其中在步骤三和步骤四中使用的固化剂为异氰酸酯。

其中在步骤三中找平腻子和针孔修补腻子使用的是聚酯改性丙烯酸树脂，从而使整个涂层体系具有更好的附着力。 

由于外层防护剂中加入了碳化硅，碳化硅的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，强度较高，不溶于水和酸，因此使最终的制品具有优异的抗侵蚀和抗磨损性能。

由于外层防护剂中加入了碳化硅超微粉复合物，碳化硅超微粉复合物包括碳化硅超微粉和α-Al₂O₃超微粉进行混合制得，采用了碳化硅超微粉，不但保持碳化硅本身的高硬度、强度大，耐腐蚀性，更重要的是提高了防护剂的致密度；引入了超微粉添加物，充分填充颗粒之间的缝隙，达到气孔微细化，使防护剂气孔半径缩小,腐蚀物渗入变得越浅,结构剥落的危害越小；由于材料的气孔微细化，从而比单纯减少气孔数量更能阻止污染物的渗入,提高抗侵蚀性；材料的气孔孔径越小，其抗渣的渗透能力越强；而且气孔微细化并分布均匀的组织结构不仅能降低透气度,而且可改善抗热震性。引入了超微粉添加物，从而达到了部分陶瓷结合，通过添加合理的微粉和改善级配，改善材料的基质与颗粒结合形态，使材料的抗反应渗透性得到大大提高。而且，由于采用超微粉复合添加剂，实现高致密、低气孔；α-Al2O3超微粉具有耐热性强，成型性好，晶相稳定、硬度高、尺寸稳定性好，特别是提高防护剂的致密性、光洁度、冷热疲劳性、断裂韧性、尤其是耐磨性能尤为显著，从而提高防护剂的抗风沙冲击能力。

在本发明中的底层防护剂组分使用了聚酯改性丙烯酸树脂，聚酯改性丙烯酸树脂是由含活泼双键的聚酯多元醇与丙烯酸树脂共聚制备；丙烯酸树脂具有施工性好，良好的抗酸碱性，，但抗冲击性能较差，然而聚酯树脂则具有良好的抗冲击性能，抗酸碱性较差。然而通过共聚使聚酯树脂与丙烯酸树脂单体交联，从而使之兼有两者的优点。

在本发明中的外层防护剂组分使用了有机氟改性丙烯酸树脂。由于氟原子具有最小的原子半径和最大的电负性,有机氟聚合物中含有F-C键,键能高达515kJ/mol,基本上可将C-C键完全包围而不露出一点空隙,从而使得任何基团或者原子都无法进入破坏C-C键,这种屏障的效果使得有机氟涂料拥有许多特异的性能,如良好的化学稳定性、耐候性、耐热耐寒性、耐辐射性；在有机氟改性丙烯酸树脂中，氟原子排布在树脂表面，从而显著降低了防护剂的表面能，从而具有疏水疏油的特点, 因此有机氟改性丙烯酸树脂具有低表面能、抗水、抗冰粘附、良好的耐候性和显著的抗污能力，并且无毒。

在本发明中的底层防护剂和外层防护剂都使用了沉淀硫酸钡，它可以增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆，并能显著改善表面光洁度，降低制作生产成本。

本发明的这种耐磨防护剂是把无机物与有机物进行了完美结合，把无机物与有机物优缺点进行组合优化，得到性能优异的、适应南北方不同极端气候条件下风电场使用需求的新型风电叶片用耐磨防护剂。这种耐磨防护剂附着力为10-15MPa；自然表干时间为1-2h；500转的耐磨性测试后,质量损失少于5-10mg/500g；耐酸性（10%，H2SO4 ,10d），无气泡，无变色，无附着力下降；耐碱性（10%，NaOH ,10d），无气泡，无变色，无附着力下降；延伸率：常温30-40%，－40℃ 8-10%；拉伸强度为18-20 MPa。

具体实施方式

以下实施例详细说明了本发明。

实施例1：

底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改性丙烯酸树脂45份、醋酸丁酯4.8份、二氧化钛20份、沉淀硫酸钡10份、轻质碳酸钙10份、炭黑0.1、防沉气相二氧化硅0.5份、消光粉4份、丙二醇甲醚醋酸酯4.1份、二甲苯0.4份、分散剂0.9份、消泡剂0.2份。

外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂40份、醋酸丁酯4.6份、二氧化钛25份、碳化硅10份、碳化硅超微粉复合物5份、分散剂0.9份、防沉气相二氧化硅0.8份、消光粉9份、丙二醇甲醚醋酸酯3.5份、二甲苯0.4份、消泡剂0.2份、光稳定剂0.5份、流平剂0.1份。

实施例2：

底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改性丙烯酸树脂48份、醋酸丁酯5.0份、二氧化钛18份、沉淀硫酸钡9份、轻质碳酸钙8份、炭黑0. 1份、防沉气相二氧化硅0.5份、消光粉6份、丙二醇甲醚醋酸酯4.0份、二甲苯0.4份、分散剂0.8份、消泡剂0.2份。

外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂48份、醋酸丁酯5.5份、二氧化钛22份、碳化硅8份、碳化硅超微粉复合物3份、分散剂1.1份、防沉气相二氧化硅0.9份、消光粉7份、丙二醇甲醚醋酸酯3份、二甲苯0.5份、消泡剂0.2份、光稳定剂0.6份、流平剂0.2份。

实施例3：

底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改性丙烯酸树脂55份、醋酸丁酯5.8份、二氧化钛15份、沉淀硫酸钡6份、轻质碳酸钙6份、炭黑0.3份、防沉气相二氧化硅0.9份、消光粉4份、丙二醇甲醚醋酸酯4.3份、二甲苯0.8份、分散剂1.4份、消泡剂0.5份。

外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂50份、醋酸丁酯5份、二氧化钛20份、碳化硅5份、碳化硅超微粉复合物5份、分散剂1.4份、防沉气相二氧化硅1.2份、消光粉6份、丙二醇甲醚醋酸酯4份、二甲苯0.8份、消泡剂0.4份、光稳定剂 0.9份、流平剂0.3份。

实施例1—3的制备方法及施工方法为：

步骤一、底层防护剂的制备方法：

按比例将聚酯改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、炭黑、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、分散剂、消泡剂加入到分散罐中，高速分散50—60分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤35μm，用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到底层防护剂；

步骤二、外层防护剂的制备方法：

按比例将有机氟改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、碳化硅、碳化硅超微粉复合物、分散剂、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、消泡剂、光稳定剂、流平剂加入到分散罐中，高速分散30—50分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤30μm，用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到外层防护剂；

步骤三、底层防护剂的施工方法：

在施工现场，首先把底层防护剂和固化剂（固化剂加入量是底层防护剂重量的5%—15%）放入混合搅拌机内搅拌15分钟后备用，用找平腻子对风电叶片的表面进行找平处理，干燥后进行打磨，然后把混合好的底层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到叶片表面上，固化30-50分钟后，采用针孔修补腻子修补局部缺陷，进行二次打磨；

步骤四、外层防护剂的施工方法：

把外层防护剂和固化剂（固化剂加入量是底层防护剂重量的10%—20%）放入混合搅拌机内搅拌10分钟后，把混合好的外层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到已附着一层底层防护剂并且二次打磨后的风电叶片表面上，固化1小时后，即可得到一层致密的、附着力强的耐磨防护层。

Claims (7)

1.一种新型风电叶片用耐磨防护剂，其特征在于：分为风电叶片底层防护剂和外层防护剂；底层防护剂由聚酯改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、炭黑、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、分散剂、消泡剂组成；外层防护剂由有机氟改性丙烯酸树脂、醋酸丁酯、二氧化钛、碳化硅、碳化硅超微粉复合物、分散剂、防沉气相二氧化硅、消光粉、丙二醇甲醚醋酸酯、二甲苯、消泡剂、光稳定剂、流平剂组成；底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改性丙烯酸树脂45份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛15份—20份、沉淀硫酸钡6份—10份、轻质碳酸钙6份—10份、炭黑0.1—0.3份、防沉气相二氧化硅0.5份—0.9份、消光粉4份—8份、丙二醇甲醚醋酸酯3.1份—4.3份、二甲苯0.4份—0.8份、分散剂0.9份—1.4份、消泡剂0.2—0.5份；外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂40份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛20份—25份、碳化硅5份—10份、碳化硅超微粉复合物1—5份、分散剂0.9份—1.4份、防沉气相二氧化硅0.8份—1.2份、消光粉6—9份、丙二醇甲醚醋酸酯1.5份—4份、二甲苯0.4份—0.8份、消泡剂0.2—0.4份、光稳定剂0.5份—0.9份、流平剂0.1份—0.3份。

2.根据权利要求1所述的新型风电叶片用耐磨防护剂，其特征在于：有机氟改性丙烯酸树脂，氟单体量占总量的15-20%。

3.根据权利要求1所述的新型风电叶片用耐磨防护剂，其特征在于：有机氟改性丙烯酸树脂，氟单体量占总量的17%。

4.根据权利要求1所述的新型风电叶片用耐磨防护剂，其特征在于：消光粉为沉淀二氧化硅；消泡剂为聚醚改性有机硅；分散剂为聚丙烯酰胺；光稳定剂为聚丁二酸；流平剂为丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述的新型风电叶片用耐磨防护剂，其特征在于：碳化硅超微粉复合物包括碳化硅超微粉和α-Al₂O₃超微粉，超微粉粒度≤5μm；碳化硅粒度分布在25-15mm、15-8mm、8-5mm、5—3mm、3—1mm、1—0mm的粒度区间。

6.根据权利要求1所述的新型风电叶片用耐磨防护剂的制备方法，其特征在于：步骤一、底层防护剂的制备方法：按底层防护剂组分的重量份数为：聚酯改

性丙烯酸树脂45份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛15份—20份、

沉淀硫酸钡6份—10份、轻质碳酸钙6份—10份、炭黑0.1—0.3份、防沉气相

二氧化硅0.5份—0.9份、消光粉4份—8份、丙二醇甲醚醋酸酯3.1份—4.3份、

二甲苯0.4份—0.8份、分散剂0.9份—1.4份、消泡剂0.2—0.5份，加入到分散

罐中，高速分散50—60分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤35μm，

用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到底层防护剂；

步骤二、外层防护剂的制备方法：按外层防护剂组分的重量份数为：有机氟改性丙烯酸树脂40份—55份、醋酸丁酯4.6份—5.8份、二氧化钛20份—25份、碳化硅5份—10份、碳化硅超微粉复合物1—5份、分散剂0.9份—1.4份、防沉气相二氧化硅0.8份—1.2份、消光粉6—9份、丙二醇甲醚醋酸酯1.5份—4份、二甲苯0.4份—0.8份、消泡剂0.2—0.4份、光稳定剂0.5份—0.9份、流平剂0.1份—0.3份，加入到分散罐中，高速分散30—50分钟得到混合物，然后进入研磨机研磨细度≤30μm，用稀释剂调节粘稠度后，封装后得到外层防护剂；

步骤三、底层防护剂的施工方法：在施工现场，首先把底层防护剂和固化剂，固化剂加入量是底层防护剂重量的5%—15%，放入混合搅拌机内搅拌15分钟后备用，用找平腻子对风电叶片的表面进行找平处理，干燥后进行打磨，然后把混合好的底层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到叶片表面上，固化30-50分钟后，采用针孔修补腻子修补局部缺陷，进行二次打磨；

步骤四、外层防护剂的施工方法：把外层防护剂和固化剂，固化剂加入量是底层防护剂重量的10%—20%，放入混合搅拌机内搅拌10分钟后，把混合好的外层防护剂和固化剂混合物均匀喷涂到已附着一层底层防护剂并且二次打磨后的风电叶片表面上，固化1小时后，即可得到一层致密的、附着力强的耐磨防护层。

7.根据权利要求6所述的新型风电叶片用耐磨防护剂的制备方法，其特征在于：步骤一和步骤二中的稀释剂为二甲苯，步骤三和步骤四中使用的固化剂为异氰酸酯，步骤三中找平腻子和针孔修补腻子使用的是聚酯改性丙烯酸树脂。