CN105949949B - 一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料及其制备方法 - Google Patents
一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。包括有按重量份计的如下组分：改性环氧树脂乳液30～36份、改性丙烯酸树脂乳液10～15份、磷酸锌5～7份、玻璃鳞片4～7份、铝溶胶10~20份、绢云母2～4份、膨胀石墨1～4份、水性分散剂0.4～0.6份、消泡剂0.2～0.3份、水合硅酸镁0.5～1份、杀菌剂0.2～0.4份、增稠剂1～2份、中和剂1～2份、防闪锈剂0.5～1份、成膜助剂1～3份、润湿剂0.2～0.4份、去离子水5.0～7.2份。本发明提供的风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料可以较好地与风电叶片结合，附着力高，耐磨损性能好。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
风能是一种无污染的可再生能源，它取之不尽，用之不竭，且没有常规能源（如煤电，油电）与核电会造成环境污染的问题。 目前，风电技术日趋成熟（可再生能源利用中），产品质量可靠，可用率已达95%以上，已是一种安全可靠的能源。并且，风力发电的经济性日益提高，发电成本已接近煤电，低于油电与核电，若计及煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。
风电叶片是风力发电机的关键核心部件之一，其良好的设计，可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素，叶片在运行中要接受紫外线、风沙、雨蚀、盐雾、湿热、温差等的侵蚀，因此叶片涂料对保护叶片防止老化，磨损起到关键性的作用。目前风电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。但叶片位于高空运行，环境十分恶劣，空气中各种介质每时每刻都在侵蚀着叶片。我国风资源分布可以看出我国风资源主要分布在三北（东北、西北、华北）地区丰富带，以及海上地区。这些地区环境恶劣、气候复杂、对叶片基材本身破坏严重，叶片保护涂料具有优异的机械性能、耐磨损性、耐候性、耐盐雾性、耐水性、阻燃性，能保护叶片在高空全天候的条件下，经受住空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雹、盐雾环境的侵袭，以延长叶片使用寿命，保证叶片高效稳定的运行。于我国地域广阔，气候和自然环境千差万别，尤其风能资源广阔的“三北”地区日照强烈，风沙侵蚀严重，气候环境恶劣，使得某些风点叶片保护涂层的磨损严重，后期维修养护的成本高昂。因此需要根据不同的风场环境对叶片加强针对性的保护。
CN103013316A公开了一种超耐候耐磨防结冰风电叶片涂料及其制备方法，甲组份质量百分比为：氟碳树脂：27-44；聚酯树脂：10-25；硅烷偶联剂：0.5-2；润湿分散剂：0.5-2；触变剂：0.5-2；纳米二氧化钛：1-5；纳米氧化铝：3-6；颜料：12-18；填料：5-10消光粉：3-6；紫外线吸收剂：0.1-1；流平剂：0.1-0.8；消泡剂：0.01-0.4；稀释剂：5-10；甲组分和脂肪族异氰酸酯按照-NCO/-OH=1.05~1.2配比。CN103992707A公开了一种高性能风电叶片用防护涂料及其制备方法，其成份按质量百分比计如下：羟基丙烯酸树脂10－30份，太白粉25－45份，绢云母粉2－15份，光稳定剂0.8－6份，二氧化硅2—4份，辅料8－15份。
但是上述的涂料在长期使用后叶片的表面仍然会出现磨损的问题。
发明内容
本发明的目的是：解决应用于风电叶片上使用的环氧树脂涂料在长期使用后出现磨损的问题，提供了一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料及其制备方法。
技术方案：
一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，包括有按重量份计的如下组分：改性环氧树脂乳液30～36份、改性丙烯酸树脂乳液10～15份、磷酸锌5～7份、玻璃鳞片4～7份、铝溶胶10~20份、绢云母2～4份、膨胀石墨1～4份、水性分散剂0.4～0.6份、消泡剂0.2～0.3份、水合硅酸镁0.5～1份、杀菌剂0.2～0.4份、增稠剂1～2份、中和剂1～2份、防闪锈剂0.5～1份、成膜助剂1～3份、润湿剂0.2～0.4份、去离子水5.0～7.2份。
所述的铝溶胶的固含量是10～15%。
所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂60～70份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚10～20份、水200～400份和表面活性剂4～6份混合均匀，在80～85℃下反应3～9小时，得到改性水性环氧树脂乳液。
表面活性剂是辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂。
所述的改性丙烯酸树脂乳液的制备方法是：S1，按重量份计，将50～60份羟基硅油、10～15份硅烷偶联剂KH-570、3～5份KOH、乙酸乙酯6～10份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯12～15份、丙烯酸甲酯5～10份、乳化剂1～2份和去离子水60～70份，高速搅拌0.5～1h，再加入引发剂2～4份，在70～80℃下反应0.5～2h，再滴加6～10份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂1～2份，在70～80℃下反应2～3h，再用氨水调节pH至7，得到改性的丙烯酸乳液。
所述的引发剂是偶氮类引发剂。
所述偶氮类引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二异 丁腈、偶氮二异戊腈和偶氮二异庚腈中的一种或多种。
羟基硅油中的羟基含量是8wt%。
步骤S2中的高速搅拌是指转速2000rpm。
上述风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将改性环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
有益效果
本发明提供的风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料可以较好地与风电叶片结合，附着力高，耐磨损性能好。
具体实施方式
以下实施例所采用的部分原料：
磷酸锌（PZ20 环琦化工）
玻璃鳞片（廊坊鹏翔鳞片厂）
铝溶胶（合肥皖燃新材料）
绢云母（A4 滁州万桥）
水性分散剂（FX-600 海铭斯）
润湿剂（C-2817 海逸化学）
成膜助剂（乙二醇单丁醚 美国陶氏）
助溶剂（正丁醇 中石化）
中和剂（三乙胺 化工店）
防闪锈剂（FA-179 海铭斯化学）
消泡剂（NXZ 科宁化学）
水合硅酸镁（AD 海逸化学）
杀菌剂（LFMN 海川化学）
增稠剂（A331 长沙科诺）
实施例1
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，由如下组成制备而成：改性环氧树脂乳液3份、改性丙烯酸树脂乳液10份、磷酸锌5份、玻璃鳞片4份、铝溶胶(固含量是10%)10份、绢云母2份、膨胀石墨1份、水性分散剂0.4份、消泡剂0.2份、水合硅酸镁0.5份、杀菌剂0.2份、增稠剂1份、中和剂1份、防闪锈剂0.5份、成膜助剂1份、润湿剂0.2份、去离子水5.0份。
所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂60份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚10份、水200份和辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂4份混合均匀，在80℃下反应3小时，得到改性水性环氧树脂乳液。
改性的丙烯酸乳液的制备方法是：
S1，按重量份计，将50份羟基硅油、10份硅烷偶联剂KH-570、3份KOH、乙酸乙酯6份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；羟基硅油中的羟基含量是8wt%；
S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯12份、丙烯酸甲酯5份、乳化剂1份和去离子水60份，2000rpm高速搅拌0.5h，再加入引发剂偶氮二环己基甲腈2份，在70℃下反应0.5h，再滴加6份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂偶氮二环己基甲腈1份，在70℃下反应2h，再用氨水调节pH至7，得到改性的丙烯酸乳液。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将改性环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
实施例2
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，由如下组成制备而成：改性环氧树脂乳液36份、改性丙烯酸树脂乳液15份、磷酸锌7份、玻璃鳞片7份、铝溶胶(固含量是15%)20份、绢云母4份、膨胀石墨4份、水性分散剂0.6份、消泡剂0.3份、水合硅酸镁1份、杀菌剂0.4份、增稠剂2份、中和剂2份、防闪锈剂1份、成膜助剂3份、润湿剂0.4份、去离子水7.2份。
所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂70份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚20份、水400份和辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂6份混合均匀，在85℃下反应9小时，得到改性水性环氧树脂乳液。
改性的丙烯酸乳液的制备方法是：
S1，按重量份计，将60份羟基硅油、15份硅烷偶联剂KH-570、5份KOH、乙酸乙酯10份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；羟基硅油中的羟基含量是8wt%；
S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯15份、丙烯酸甲酯10份、乳化剂2份和去离子水70份，2000rpm高速搅拌1h，再加入引发剂偶氮二环己基甲腈4份，在80℃下反应2h，再滴加10份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂偶氮二环己基甲腈2份，在80℃下反应3h，再用氨水调节pH至7，得到改性的丙烯酸乳液。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将改性环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
实施例3
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，由如下组成制备而成：改性环氧树脂乳液35份、改性丙烯酸树脂乳液14份、磷酸锌6份、玻璃鳞片6份、铝溶胶(固含量是12%)13份、绢云母3份、膨胀石墨3份、水性分散剂0.5份、消泡剂0.3份、水合硅酸镁0.9份、杀菌剂0.3份、增稠剂1份、中和剂2份、防闪锈剂0.6份、成膜助剂2份、润湿剂0.3份、去离子水6.2份。
所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂65份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚15份、水300份和辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂5份混合均匀，在82℃下反应5小时，得到改性水性环氧树脂乳液。
改性的丙烯酸乳液的制备方法是：
S1，按重量份计，将55份羟基硅油、12份硅烷偶联剂KH-570、4份KOH、乙酸乙酯8份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；羟基硅油中的羟基含量是8wt%；
S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯13份、丙烯酸甲酯8份、乳化剂2份和去离子水5份，2000rpm高速搅拌0.8h，再加入引发剂偶氮二环己基甲腈3份，在75℃下反应1h，再滴加7份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂偶氮二环己基甲腈2份，在75℃下反应3h，再用氨水调节pH至7，得到改性的丙烯酸乳液。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将改性环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
对照例1
与实施例3的区别在于：环氧树脂乳液未经过改性处理。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，由如下组成制备而成：环氧树脂乳液35份、改性丙烯酸树脂乳液14份、磷酸锌6份、玻璃鳞片6份、铝溶胶(固含量是12%)13份、绢云母3份、膨胀石墨3份、水性分散剂0.5份、消泡剂0.3份、水合硅酸镁0.9份、杀菌剂0.3份、增稠剂1份、中和剂2份、防闪锈剂0.6份、成膜助剂2份、润湿剂0.3份、去离子水6.2份。
所述的环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂65份、水300份和辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂5份混合均匀，在82℃下搅拌5小时，得到水性环氧树脂乳液。
改性的丙烯酸乳液的制备方法是：
S1，按重量份计，将55份羟基硅油、12份硅烷偶联剂KH-570、4份KOH、乙酸乙酯8份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；羟基硅油中的羟基含量是8wt%；
S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯13份、丙烯酸甲酯8份、乳化剂2份和去离子水5份，2000rpm高速搅拌0.8h，再加入引发剂偶氮二环己基甲腈3份，在75℃下反应1h，再滴加7份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂偶氮二环己基甲腈2份，在75℃下反应3h，再用氨水调节pH至7，得到改性的丙烯酸乳液。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
对照例2
与实施例3的区别在于：丙烯酸乳液未经过改性处理。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，由如下组成制备而成：改性环氧树脂乳液35份、丙烯酸树脂乳液14份、磷酸锌6份、玻璃鳞片6份、铝溶胶(固含量是12%)13份、绢云母3份、膨胀石墨3份、水性分散剂0.5份、消泡剂0.3份、水合硅酸镁0.9份、杀菌剂0.3份、增稠剂1份、中和剂2份、防闪锈剂0.6份、成膜助剂2份、润湿剂0.3份、去离子水6.2份。
所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂65份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚15份、水300份和辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂5份混合均匀，在82℃下反应5小时，得到改性水性环氧树脂乳液。
丙烯酸乳液的制备方法是：
按重量份计，取丙烯酸丁酯13份、丙烯酸甲酯8份、乳化剂2份和去离子水5份，2000rpm高速搅拌0.8h，再加入引发剂偶氮二环己基甲腈3份，在75℃下反应1h，再滴加引发剂偶氮二环己基甲腈2份，在75℃下反应3h，再用氨水调节pH至7，得到的丙烯酸乳液。
风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，包括如下步骤：
第1步、将改性环氧树脂乳液、丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；
第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；
第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；
第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；
第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
性能试验
试验方法是：将以上实施例和对照例中制备得到的涂料与固化剂调配，其固化剂是由胺类固化剂与丁醇按照3：2的重量比配置而成；所述的固化剂与涂料的重量比是1：1，再用去离子蒸馏水进行稀释至喷涂粘度（23～40S，NK～2杯），喷涂于环氧树脂基板，厚度控制在20～30μm，待48小时完全实干后做综合性能测试。
冲击强度照GB/T1732-93检测，干燥时间照GB/T1728-79检测，附着力照GB/T1720-79检测，耐磨性(500g-500转)照GB1768-79检测。
从表中可以看出，本发明提供的涂料具有与环氧树脂基材良好的附着力，耐磨性也较优。实施例3相对于对照例1来说，通过对环氧树脂改性，提高了材料的耐磨性能；实施例3相对于对照例2来说，对丙烯酸乳液进行改性，提高了附着力。
Claims (4)
1.一种风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，其特征在于：包括有按重量份计的如下组分：改性环氧树脂乳液30～36份、改性丙烯酸树脂乳液10～15份、磷酸锌5～7份、玻璃鳞片4～7份、铝溶胶10~20份、绢云母2～4份、膨胀石墨1～4份、水性分散剂0.4～0.6份、消泡剂0.2～0.3份、水合硅酸镁0.5～1份、杀菌剂0.2～0.4份、增稠剂1～2份、中和剂1～2份、防闪锈剂0.5～1份、成膜助剂1～3份、润湿剂0.2～0.4份、去离子水5.0～7.2份；所述的改性环氧树脂乳液的制备方法是：按重量份计，取E-44环氧树脂60～70份、2-氨基-4-乙酰氨基苯甲醚10～20份、水200～400份和表面活性剂4～6份混合均匀，在80～85℃下反应3～9小时，得到改性水性环氧树脂乳液；表面活性剂是辛基酚聚乙烯醚型表面活性剂；所述的改性丙烯酸树脂乳液的制备方法：S1，按重量份计，将50～60份羟基硅油、10～15份硅烷偶联剂KH-570、3～5份KOH、乙酸乙酯6～10份混合均匀，在氮气气氛下，升温至90℃后保持反应3h，得到改性聚硅氧烷预聚体；S2，按重量份计，取丙烯酸丁酯12～15份、丙烯酸甲酯5～10份、乳化剂1～2份和去离子水60～70份，高速搅拌0.5～1h，再加入引发剂2～4份，在70～80℃下反应0.5～2h，再滴加6～10份改性聚硅氧烷预聚体和引发剂1～2份，在70～80℃下反应2～3h，再用氨水调节pH至7，得到改性丙烯酸树脂乳液；所述的引发剂是偶氮类引发剂；所述偶氮类引发剂选自偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丙基咪唑啉盐酸盐、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲腈、偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二异 丁腈、偶氮二异戊腈和偶氮二异庚腈中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，其特征在于：所述的铝溶胶的固含量是10～15%。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料，其特征在于：羟基硅油中的羟基含量是8wt%；步骤S2中的高速搅拌是指转速2000rpm。
4.权利要求1～3任一项所述的风力发电机叶片使用的耐磨损环氧树脂涂料的制备方法，其特征在于：第1步、将改性环氧树脂乳液、改性丙烯酸树脂乳液、水性分散剂、消泡剂、成膜助剂、一部分去离子水搅拌均匀，得到第一混合物；第2步、用一部分去离子水把铝溶胶、增稠剂、中和剂、润湿剂稀释后加入第一混合物中，搅拌均匀，得到第二混合物；第3步、边搅拌边在第二混合物中加入水合硅酸镁、磷酸锌、玻璃鳞片、绢云母，再分散均匀，再研磨，得到第三混合物；第4步、边搅拌边将膨胀石墨、杀菌剂、防闪锈剂加入第三混合物中，加入完毕后，再搅拌均匀；第5步、再加入剩余的去离子水，搅拌均匀，即可。
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