CN110139744A - 用于风力涡轮机前缘保护带材的修复条带和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种方法，该方法用于修复转子叶片或航空器机翼的表面，该表面包括(a)复合基底；和(b)保护层，该保护层具有至少部分受损的至少一个区域，该方法包括(i)任选地，移除保护带材的受损部分的至少一部分；(ii)任选地，重建受损复合基底的表面；(iii)任选地，将底漆溶液施加到复合基底的表面；(iv)任选地，施加聚合物溶液，该聚合物溶液优选地在至少一种有机溶剂中；(v)将聚合物的修复补片施加到复合表面的至少一部分上；(vi)施加热，使得聚合物带材的修复补片熔融并覆盖受损区域，从而形成保护层，或者施加修复溶液，该修复溶液优选地在至少一种有机溶剂中，使得聚合物带材的修复补片至少部分地溶解并覆盖受损区域。

Description

用于风力涡轮机前缘保护带材的修复条带和方法

技术领域

本公开涉及一种用于修复转子叶片尤其是风力涡轮机或航空器机翼的表面的方法。具体地，本公开涉及一种用于修复尤其在其前缘上包括保护层的转子叶片的方法。此外，本公开还涉及转子叶片或航空器机翼，其包括通过如本文所述的方法获得的保护层。

背景技术

人们早就知道，以高速行进的由聚合物或复合材料制成的物体可能由于与灰尘、沙土或甚至雨水接触而受到侵蚀。事实上，对于直升机的转子叶片的前缘、航空器的机翼以及自其引入后的风力涡轮机的转子叶片而言，这是一个很好的观察。侵蚀尤其是雨水侵蚀不仅可对有关物体的结构完整性或光学外观有害，而且对转子叶片和机翼的空气动力学轮廓具有负面影响。虽然这显然意味着机翼和直升机转子叶片的空气动力学效率发生不期望的劣化，但必须强调的是，当运行风力涡轮机时，这也是非常令人关注的。由于风力涡轮机和相应的转子叶片的尺寸不断增加，这种情况甚至更严重，因为尺寸的增大具有转子叶片的前缘上的特定点行进的速度增加的结果。具体地，在靠近叶片的尖端的前缘处，实现了在其中雨水侵蚀代表问题的速度。

因此，制定了对策，尤其是施加保护层。保护层可为例如被施加在风力涡轮机和直升机的转子叶片的前缘上方的保护带材。这些保护带材在本领域中是公认的。通常使用聚氨酯带材，在大多数情况下该聚氨酯带材还配备压敏粘合剂(PSA)层，用于将带材附连到转子叶片上。然而，这些带材也易于发生侵蚀诸如雨水侵蚀，并且因此需要不时地更换。显然，在修理时，必须暂停直升机并且特别是风力涡轮机的操作，这直接意味着电能的输出的损失和相应的经济损失。因此，修复时间应尽可能短，从而导致对易于应用的成本和时间有效的修复措施和设备的需求。此外，侵蚀或损伤不仅可出现在转子叶片或翼的完整前缘上，而且还可存在于边缘上的小的或有限的位置处。因此，可期望的是不移除所有保护带材，而是仅修复受损或受侵蚀部分。最后，也可期望修复区域表现出与初始保护层相同的侵蚀保护。而且，由于运输损伤，可能需要修复小区域。

其它已知的保护层为被施加在转子叶片或航空器机翼的前缘上的保护涂层。这些保护涂层被设计为帮助保护转子叶片或航空器机翼的前缘免受例如沙土和雨水侵蚀和轻微冲击所造成的损伤。涂层可例如为在单个层中提供优异的侵蚀保护的双组分聚氨酯涂层。这些涂层可容易地经由刷涂或浇铸施加。与保护带材相比，这些涂层可根据应用在施加过程、空气动力学和处理中提供某些优点。

概括地说，不想否认本领域在这方面的优点和进步，仍然需要用于修复尤其是在风力涡轮机和直升机的转子以及飞机翼的前缘上的侵蚀保护层的新方法。

发明内容

在本公开的一个方面，提供了一种用于修复转子叶片或航空器机翼的表面的方法，该表面包括

(a)复合基底；和

(b)保护层，该保护层具有至少部分受损的至少一个区域，

该方法包括

(i)任选地，移除保护带材的受损部分的至少一部分；

(ii)任选地，重建受损复合基底的表面；

(iii)任选地，将底漆溶液施加到复合基底的表面；

(iv)任选地，施加聚合物溶液，该聚合物溶液优选地在至少一种有机溶剂中；

(v)将带材的修复补片施加到复合表面的至少一部分上；

(vi)施加热，使得聚合物带材熔融并覆盖受损区域，从而形成保护层，或者施加修复溶液，该修复溶液优选地在至少一种有机溶剂中，使得修复补片至少部分地分解并覆盖受损区域。

在本公开的另一方面，提供了一种转子叶片或航空器机翼，其包括通过如本文所述的方法获得的保护层。

具体实施方式

在详细解释本公开内容的任何实施方案前，应当理解，本公开内容的应用并不限于下面描述中给出的构造与部件布置方式的细节。本发明能够具有其他的实施方案，并且能够以多种方式进行实践或实施。如本文所用，术语“一个”、“一种”和“所述”可互换使用并且意指一个或多个；并且“和/或”用于指示一种或两种所描述的情况可能发生，例如A和/或B包括(A和B)和(A或B)。而且，在本文中，由端点表述的范围包括该范围内包含的所有数字(例如，1至10包括1.4、1.9、2.33、5.75、9.98等)。而且，在本文，表述“至少一个”包括一个及大于一的所有数字(例如，至少2、至少4、至少6、至少8、至少10、至少25、至少50、至少100等)。而且，应当理解，本文使用的措辞和术语是用于说明目的而不应视为限制性的。与意在具有限制性的“由……组成”的使用相反，使用“包括”、“含有”、“包含”或“具有”以及它们的变化形式意在具有非限制性，并且涵盖之后所列的项目以及附加的项目。

除非另外指明，否则组合物的成分的量可以以重量％(或“％wt”或“wt.-％”)指示。除非另外指明，否则所有成分的量给出100重量％。如果用摩尔％标识成分的量，除非另外指明，否则所有成分的量给出100摩尔％。

除非另外明确指出，否则本公开的所有实施方案可以自由地组合。

本公开的第一方面是一种用于修复转子叶片或航空器机翼的表面的方法，该表面包括

(a)复合基底；和

(b)(前缘)保护层，该(前缘)保护层具有至少部分受损的至少一个区域，

该方法包括：

(i)任选地，移除保护带材的受损部分的至少一部分；

(ii)任选地，重建该受损复合基底的表面；

(iii)任选地，将底漆溶液施加到复合基底的表面；

(iv)任选地，施加聚合物溶液，该聚合物溶液优选地在至少一种有机溶剂中；

(v)将带材的修复补片施加到复合表面的至少一部分上；

(vi)施加热，使得聚合物带材熔融并覆盖受损区域，从而形成保护层，或者施加修复溶液，该修复溶液优选地在至少一种有机溶剂中，使得修复补片至少部分分解并覆盖受损区域。

因此，该方法产生了对转子叶片或航空器机翼诸如风力涡轮机的转子叶片的修理和维护所期望的效果的组合。具体地，如本文所述的方法使得技术人员能够快速修复基底上受损保护性层的局部部分。此外，保护性层的修复部分可表现出与初始未受损部分相同的侵蚀保护特性。因此，当前所述的方法适于分别有效地修复航空器机翼或直升机和风力涡轮机的转子的侵蚀保护层的受损部分。

一般来讲，本方法涉及分别修复航空器机翼和直升机和风力涡轮机的转子叶片的表面。优选地，根据本公开的方法用于修复风力涡轮机的转子叶片的表面，具体地讲用于修复风力涡轮机的前缘。

如本文所用，转子叶片和航空器机翼通常包括复合基底、一个或若干个涂层，以及设置在其上的保护层。在大多数情况下，保护层将位于这些基底的前缘上，因为侵蚀和雨水侵蚀主要发生在这些区域上。复合基底本身由本领域通常已知并用于直升机和风力涡轮机的转子叶片以及航空器机翼的复合材料组成。例如，复合材料可通过由纤维或织造或非织造织物增强的环氧树脂或苯氧基树脂获得，或者可包含用非织造或织造织物增强的聚氨酯。由其获得的纤维和织物可选自聚合物纤维、玻璃纤维、金属纤维和碳纤维，这取决于所需应用的所选特性和价格。一般来讲，在复合基底的顶部上施加至少一个涂层。这些涂层可被称为顶涂层或硬涂层，并且可包含至少一种填充材料以获得均匀的表面和至少一个由聚氨酯(通常作为双组分体系施加)和本领域已知用于这些目的的环氧化物涂料组合物获得的顶涂层。

设置在复合基底上的保护层可得自本领域已知的侵蚀保护带材。此带材可包括聚合物层和用于将带材附连到基底上的压敏粘合剂(PSA)层。形成保护层的带材的聚合物层可包含例如聚氨酯或热塑性聚氨酯(TPU)。例如，侵蚀保护带材可以商品名防风带材W8607或W8750从3M德国有限公司(3M Germany GmbH)商购获得。设置在复合基底上的保护层也可得自本领域已知的侵蚀保护涂层。此类涂层可包括聚氨酯涂层，例如在单个层中提供优异的侵蚀保护的双组分聚氨酯涂层。涂层可被设计为用于施加在OEM设施中，并且可容易地经由刷涂或浇铸施加。侵蚀保护涂层例如可以商品名3M^TM Wind Blade Protection CoatingW4600或W4601从3M德国有限公司(3M Germany GmbH)商购获得。

基底的保护层可表现出至少部分受损的至少一个区域。损伤可为物理损伤和化学损伤中的任一者或两者，然而，在本发明的上下文中主要为物理损伤。在大多数情况下，物理损伤是由雨水、灰尘、沙土或其它颗粒造成的。在任何情形中，此类损伤的性质和外观是技术人员所熟知的。此外，保护层下面的涂层和基底还可能受到物理损伤诸如雨水侵蚀等的影响。损伤包括各种损伤，特别是小的局部损伤，诸如裂纹或点状损伤，以及几平方厘米的较大面积的损伤。另外，损伤包括仅对保护性层的某一厚度的损伤，或对保护性层的完整厚度和保护性层之下的表面(即复合基底自身的硬涂层)的损伤。

在根据本公开的方法的第一步骤中，可任选地移除保护层的受损部分的至少一部分，即附连到基底表面的保护带材或附连到基底表面的保护涂层。优选地，移除保护层的完整受损部分。另外，可需要移除受损的顶部涂层、填料或其它下面的层。还优选的是，移除保护性层的受损区域中的更多个。即，可移除邻近损伤区域的未受损保护层中的一些。如技术人员所理解的，用刀或其它刀具切割区域，然后以条带或贴片移除受损部分。最后，移除保护层或保护层的一部分或保护带材的部分或完整保护带材是本领域熟知的。根据受损区域的检取，也可以不移除保护层的任何部分。

在上述情况下，基底即复合基底的表面也受损伤的影响，优选的是重建该表面。这可通过本领域通常已知的方法实现，例如通过施加结构修复补片和填料来实现。另外，顶涂层然后可如本领域已知的那样被施加。类似地，如果仅在所述保护层下的顶部涂层被损坏，则应当理解，然后可将该顶部涂层涂覆到基底上。重构复合基底的表面的受损部分还可包括磨削和/或抛光该部分的表面。

还可优选的是，将粘合促进剂(其也可称为底漆)施加到复合基底表面和/或重建的复合表面或任何其它涂层或层上，该涂层或层代表在先前任选的修复步骤中获得的构造的顶层。这可具有改善聚合物带材的修复补片对复合基底的粘附性的效果，这也可导致被修复补片覆盖的修复区域的改善的耐侵蚀性。一般来讲，粘合促进剂或底漆被涂覆至一定厚度，这取决于下面的基底表面的构成。即，较多孔的表面需要底漆或粘合促进剂的较厚的涂层。例如，可将粘合促进剂涂覆至10μm至50μm范围内的厚度。底漆溶液和其施加方法是本领域熟知的。例如，异丙醇中的聚酰胺溶液可例如以商品名W9910底漆得自3M德国有限公司(3M Germany GmbH)。优选的是在下一步骤之前蒸发粘合促进剂溶液的溶剂，即干燥涂覆有所述粘合促进剂的基底。这可通过允许涂层在环境条件下干燥或通过将其加热(例如通过使用热风枪等)来实现。

替代或除了底漆之外，还可以将在至少一种有机溶剂中的至少一种聚合物的溶液施加到复合基底的表面上。就这一点而言，应当理解复合基底的上述区域是指在前一步骤中移除的保护性层。施加聚合物溶液可具有改善修复补片对复合基底表面的粘附性的效果，这可进一步增强本文所述的效果，诸如复合基底的修复保护层的改善的侵蚀保护。就这一点而言，优选的是至少一种有机溶剂选自四氢呋喃、二乙基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、环己烷、丁醇、戊醇、己醇、二甘醇、二甘醇二甲醚、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、戊烷、己烷、石油醚、二甲苯，以及它们的混合物。在这些溶剂中，尤其优选四氢呋喃、异丙醇和乙醇、二氯甲烷以及它们的混合物，尤其优选四氢呋喃。另选地，可使用例如热塑性聚氨酯的含水分散体。就聚合物溶液中的至少一种聚合物而言，优选的是其为与修复补片中的聚合物中相同的聚合物，即，优选的是聚合物溶液中的至少一种聚合物为至少一种热塑性弹性体，优选地与修复补片中的相同。这将具有改善修复补片与复合表面的粘结的效果，这可进一步增加改善的耐侵蚀性。一般来讲，聚合物溶液被涂覆至一定厚度，这取决于下面基底表面的构成。即，较多孔的表面需要聚合物溶液的较厚的涂层。例如，可将聚合物溶液的聚合物涂覆至10μm至50μm范围内的厚度。同样，优选的是在下一步骤之前蒸发所述聚合物溶液的溶剂。这也可通过使涂覆有聚合物溶液的基底在环境条件下干燥或通过诸如通过使用如本领域已知的热风枪施加热来实现。

接着，将聚合物带材的修复补片施加到复合基底表面的至少一部分上。聚合物带材的修复补片可包含与保护层相同的聚合物。此实施方案可提供如下优点：聚合物带材的修复补片对保护层的粘附性得到增强，因为它们基于相同的聚合物化学性质。通过焊接工艺，补片的聚合物和保护层能够彼此熔融。其还可包含至少一种聚氨酯聚合物。其还可包含至少一种热塑性弹性体。

使用至少一种热塑性弹性体的优点在于可获得有效的侵蚀保护层。此外，由于修复补片熔融或溶解到基底和保护层上并且与基底表面形成紧密粘合，因此不需要PSA层或使用用于将聚合物带材的修复补片附连到所述表面的其它粘合剂。聚合物带材的修复补片可具有任何给定尺寸和形状，该尺寸和形状可通过切割或以其它方式成形聚合物带材获得。一般来讲，形状和尺寸由复合基底的保护层的受损区域的形状和尺寸确定。在大多数情况下，聚合物带材的修复补片将具有条带的形式。就这一点而言，施加修复补片，其也可覆盖围绕受损区域的保护层的边缘。还优选的是挤出可截留在修复补片下面的空气，优选地借助于辊，优选硅氧烷或橡胶辊。截留在修复补片下面的空气或气泡可对修复补片对基底的粘附性和/或成品保护层的耐侵蚀性有害。一般来讲，优选的是修复补片不包括粘合剂层，诸如用于附连到复合基底表面的PSA层。然而，在复合基底的保护层的大面积受损伤影响的情况下，也可能优选使用具有PSA层的大修复补片，并将其切割成小于受影响的受损区域的尺寸和形状。然后可将该补片附连到受损且优选预处理的复合基底表面区域，使得在具有PSA的附连的修复补片和周围保护层之间形成间隙。在这种情况下，优选的是该间隙未覆盖如本文所述的不具有PSA的修复补片，优选地还包含具有PSA的修复补片和周围边缘两者的边缘，即相邻保护层的至少一部分。

如果聚合物带材的修复补片被溶解，则可使用优选地在至少一种溶剂中的修复溶液。可将修复溶液施加到修复补片上。修复溶液可以为至少一种聚合物在至少一种有机溶剂中的溶液。将聚合物溶液施加到修复补片上具有改善修复补片对复合基底表面的粘附性的效果，这可进一步增强本文所述的效果，诸如复合基底的修复保护层的改善的侵蚀保护。其还可具有这样的效果，即修复补片至少部分地溶解，从而使其形状适应至少部分受损的至少一个区域。优选地是修复溶液的至少一种有机溶剂，其选自四氢呋喃、二乙基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、环己烷、丁醇、戊醇、己醇、二甘醇、二甘醇二甲醚、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、戊烷、己烷、石油醚、二甲苯，以及它们的混合物。在这些溶剂中，尤其优选四氢呋喃、异丙醇和乙醇、二氯甲烷以及它们的混合物，尤其优选四氢呋喃。另选地，可使用例如热塑性聚氨酯的含水分散体。就聚合物溶液中的至少一种聚合物而言，优选的是其为与修复补片中的聚合物中相同的聚合物，即，优选的是聚合物溶液中的至少一种聚合物为至少一种热塑性弹性体，优选地与修复补片中的相同。这将具有改善修复补片与复合表面的粘结的效果，这可进一步增加改善的耐侵蚀性。一般来讲，聚合物溶液被涂覆至一定厚度，这取决于下面基底表面的构成和修复补片构成。即，较多孔的表面需要聚合物溶液的较厚的涂层。例如，可将修复溶液涂覆至10μm至50μm范围内的厚度。

根据一个实施方案，修复补片中的至少一种热塑性弹性体选自热塑性聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物、热塑性烯烃、弹性体合金、热塑性共聚酯、热塑性聚酰胺以及它们的组合，并且优选为热塑性聚氨酯。就热塑性弹性体而言，可使用任何热塑性弹性体。如本文所用，术语“热塑性弹性体”具有本领域中常见的含义，即在室温下表现为类似于经典弹性体，但在添加热下可模塑成型(即除了弹性体特性之外还表现出热塑性特性)的化合物。对本公开的另外的特别重要性为在环境条件下的弹性体行为，即在物理影响下拉伸或变形并返回至其初始形状或接近初始形状的能力。这具有比其它材料更长的寿命和更好的物理范围的有益效果，这意味着这些材料可充当复合基底的保护层，以防止物理影响，诸如以高速冲击基底表面的雨滴、沙土或粉尘颗粒。概括地说，包含热塑性弹性体的修复补片可具有如下优点：在添加热的情况下附连，从而节省附加的粘合剂，并且为复合基底提供侵蚀保护。

优选地，修复补片中的至少一种热塑性弹性体选自热塑性聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物、热塑性烯烃、弹性体合金、热塑性聚酯、热塑性聚酰胺以及它们的组合。示例性可商购获得的热塑性弹性体为以下商品名的这些：Thermolast、Santoprene(嵌段共聚物)、Thermolast A、Forprene、Termoton-V(弹性体合金)、Sofprene(SBS)、Laprene(SBS)、Thermolast K(SEBS)(苯乙烯嵌段共聚物)、For-Tec E(热塑性烯烃)、Desmopan、Elastollan、Avalon、Irogran(热塑性聚氨酯)。由于热塑性聚氨酯表现出特性，诸如弹性、透明性以及对油、油脂和磨蚀的一定耐性，因此它们在本公开中为优选的热塑性弹性体。

聚合物带材的修复补片还可包含至少一种聚氨酯聚合物，例如双组分聚氨酯。包含至少一种聚氨酯聚合物的修复补片提供了在单个层中提供优异的侵蚀保护以及易于施加的优点。

修复补片可如上所述基于聚氨酯。它们可提供与涂层(保护层)相同的聚氨酯化学性质。以下描述涉及修复补片和涂层的可能的化学性质。它们由前体组合物制备。前体组合物为反应性组合物并且通常包含异氰酸酯反应性组分和异氰酸酯官能组分。这些组分彼此反应(固化)以形成涂料组合物(固化组合物)。前体组合物通常为双组分(2K)组合物。这意味着包含反应性组分的组合物(一方面为包含异氰酸酯反应性组分的组合物，另一方面为包含异氰酸酯官能组分的组合物)彼此分离并且仅组合以形成涂层前体组合物。本文提供的组合物因此包含或为异氰酸酯反应性组分与异氰酸酯官能组分的反应的产物。合适的异氰酸酯反应性组分和合适的异氰酸酯官能组分将在下文进行更详细地描述。

为了提高作为抗侵蚀涂层的效果，基于聚氨酯的涂层或修复补片优选地具有机械特性的组合；具体地，在它们旨在在低厚度(例如具有从约150多至约700μm的厚度)下有效的情况下。出于经济原因以及空气动力学原因，低厚度可为所需的。发明人意识到，当聚氨酯基涂层具有高弹性，例如断裂伸长率为至少约400％时，可通过其实现良好的雨水侵蚀特性。优选地，涂层或修复补片具有至少约500％并且通常为至少约600％的断裂伸长率。不希望受理论约束，据信保护材料的高弹性可缓冲雨滴撞击叶片的冲击。

次于高弹性的是，该涂层或修复补片有利地具有大量的非弹性组分和足够的拉伸强度以抗衡高弹性行为。据信如果不是这样的话，通过增加的弹性所获得的保护可能会由于回弹性不足的过具弹性的材料而再次损耗。在这种情况下，如果材料仅具有弹性而不提供足够的回弹性，则粒子或雨滴可对待保护的表面产生冲击。涂层的拉伸强度有利地为至少约20MPa，例如约31MPa至约65MPa。

涂层或修复补片有利地具有相当多的非弹性组分。这意味着它们在已经被拉伸(例如，拉伸至其初始长度的300％)后不保持其初始强度。非弹性组分可通过永久变形E来测定。合适涂层的永久变形E为约15％至约60％，优选地为约24％至约45％。这意味着在伸长至300％，然后完全松弛后，材料不保持其初始长度，而是长度比其初始长度长约15％至约60％，优选约24至约45％。此类永久变形E与在有效商业腐蚀保护带材(如得自3M公司的保护带材W8067)中所观察到的类似。

涂层的上述机械特性可通过选择涂层前体组合物的反应性组分和调节其相对量来实现。

本文中提供了下列涂层或修复补片的组分及其前体组合物来作为制备前体组合物的引导物，该前体组合物将固化成具有上述所需机械特性的涂料组合物。然而，可使用其它组合来提供具有相同特性的涂层。

异氰酸酯反应性组分

异氰酸酯反应性组分通常包含若干种异氰酸酯反应性材料的组合。如普通技术人员所理解的，异氰酸酯反应性材料包含至少一个活性氢。聚氨酯化学领域的普通技术人员将理解，多种材料适于此组分。例如，胺、硫醇和多元醇为异氰酸酯反应性材料。然而，优选的异氰酸酯反应性材料为羟基官能材料。多元醇为用于本发明中的优选的羟基官能材料。当与异氰酸酯官能组分例如多异氰酸酯进行反应时，多元醇提供氨基甲酸酯键。

用于制备根据本公开的涂层的合适的异氰酸酯反应性材料包含短链羟基官能化合物(通常为α-ω羟基化合物，即包含两个末端羟基基团的化合物)和高分子量羟基官能化合物(通常为包含两个末端α-ω羟基基团并且还包含一个或多个氧化亚烷基或聚氧化亚烷基单元的化合物)的组合。

短链羟基官能材料

优选地，短链羟基官能材料为具有两个末端(α-ω)羟基基团的化合物。通常，材料具有小于250g/mol优选地小于约220g/mol的分子量。此类材料包括具有2至12个碳原子，优选地3至10个碳原子并且更优选地4至8个碳原子的碳链的二羟基化合物。在一些实施方案中，碳链可被一个或多个单态氧原子间插，而在其它实施方案中，碳链可不被间插。后述实施例是优选的。优选地，短链羟基官能材料可为直链的、环状的或支化的，但直链材料是优选的。羟基官能材料包括可选自下列的化合物：包含约2至12，优选3至12个碳原子的烷烃二醇、烷烃醚二醇、烷烃聚醚二醇和烷烃酯二醇。此类化合物优选地为α-ω二醇。优选地，二醇为直链α-ω二醇，即羟基官能团在分子末端位置的二醇。短链α-ω二醇的典型例子包括但不限于1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、以及它们的组合。

异氰酸酯反应性组分可通常包含约20至40ppw(重量份)的短链羟基官能材料(基于100份的高分子量羟基官能组分计)。

高分子量羟基官能材料

高分子量羟基官能材料具有至少250g/mol的分子量。通常，高分子量羟基官能材料具有约250至约10,000g/mol，优选地为至少250g/mol至至多约2,500g/mol的分子量。优选地，高分子量材料为多元醇，更优选地为二醇，最优选地为α-ω二醇，更特别地为包含一个或多个选自氧化亚烷基或聚氧化亚烷基的单元的α-ω二醇。高分子量羟基官能材料优选地为脂族的并且可为支化的、环状的或直链的。高分子量羟基官能材料的示例包括但不限于亚烷基氧二醇(也称为氧化亚烷基二醇或醚二醇)，如包含选自(仅举几例)环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷的亚烷基氧单元的二醇。其它示例包括聚醚二醇(也称为聚氧化亚烷基二醇)，例如包含一个或多个聚氧化亚烷基单元(包括但不限于环氧丙烷单元、聚环氧乙烷单元、聚氧四亚甲基、以及它们的组合)的二醇。

高分子量羟基官能材料可为若干种化合物的共混物，在这种情况下分子量范围可为平均分子量范围，通常为重均分子量范围。

聚氨酯可包含反应性组合物的反应产物，该反应性组合物包含异氰酸酯反应性组分和异氰酸酯官能组分，并且其中异氰酸酯反应性组分包含

第一组分i)，其为短链羟基官能化合物，该短链羟基官能化合物具有两个末端(α-ω)羟基基团、具有小于250g/mol的分子量且具有至少2个碳原子，和

第二组分ii)，其包含高分子量羟基官能化合物，该高分子量羟基官能化合物具有两个末端(α-ω)羟基基团和至少250g/mol的分子量且包含一个或多个选自下列的单元：氧化亚烷基单元和聚氧化亚烷基单元，

并且其中异氰酸酯官能组分为通式NCO-Z-NCO的异氰酸酯预聚物，其中Z为连接基团，该连接基团包含至少两个氨基甲酸酯(-NH-CO-O-)单元和另外一个或多个选自下列的单元：亚烷基、氧化亚烷基、聚氧化亚烷基、亚烷基酯、氧化亚烷基酯、聚氧化亚烷基酯、以及它们的组合。

根据另一个实施方案，转子叶片或航空器机翼的保护层可包含至少一种热塑性弹性体。转子叶片或航空器机翼的保护层也可包含任何其它已知且合适的材料，诸如上文已描述的聚氨酯。

根据另一个实施方案，聚合物溶液中的聚合物可为与聚合物带材的修复补片中相同的聚合物。也可以的是修复溶液中的聚合物为与聚合物带材的修复补片中相同的聚合物。

就良好的粘附性和耐侵蚀性而言，优选的是，聚合物溶液、修复溶液、保护层中的聚合物和修复补片中的聚合物是相同的。还优选的是聚合物溶液、修复溶液、保护层和修复补片中的聚合物为热塑性弹性体，具有与如参照修复补片使用中的热塑性弹性体所讨论的相同的公开内容和偏好。还优选的是聚合物溶液、修复溶液、保护层和修复补片中的聚合物为双组分聚氨酯。

如果保护层为涂层，诸如例如3M^TM Wind Blade Protection Coating W4600或W4601或任何其他合适的涂层，则根据本发明的方法公开了用修复补片或条带修复此类受损涂层。修复补片或聚合物带材的条带的组合物可以与保护涂层相同或相似。修复补片或条带可被提供为准备好使用的补片或条带，或者可在施加之前由用户制备(具有单独的厚度和形状)。修复补片将被放置在受损涂层上，并且可施加热以使得修复补片熔融并覆盖受损区域。在不遵循移除受损涂层和随后再施加的复杂过程的情况下，新方法可允许(在中度损伤的情况下)持久修复。修复补片也可在优选地在至少一种有机溶剂中的修复溶液的帮助下施加，使得聚合物带材的修复补片至少部分地溶解并覆盖受损区域。聚合物带材的修复补片可例如由用户通过将少量的保护涂层施加到低表面能基底诸如聚丙烯上并且涂覆有四极膜涂覆器(涂覆膜)来制备。推荐的涂覆量可为例如1ml至10ml并且推荐的涂层厚度为50μm至300μm，之后根据如在涂层的技术数据表中给出的技术指导进行固化步骤。

接着，将热施加到修复补片上，使得聚合物带材熔融并覆盖受损区域，从而形成保护层。优选地通过添加热空气来进行施加热。这可取决于基底的尺寸在热空气烘箱中或通过热风枪来实现。就这一点而言，优选的是在该步骤中使用的空气温度具有在120℃至500℃的范围、优选在200℃至450℃、更优选在250℃至350℃的范围内的温度。可通过目视检查该区域来确保熔融并覆盖受损区域。然而，具体地，当在保护层、聚合物溶液和修复补片中的任一个或全部中使用热塑性聚氨酯时，优选施加热量，直至修复补片的表面温度达到140℃至200℃。该温度可借助于非接触式温度计来测量，例如用于从一定距离测量表面的温度的IR温度计。

在修复补片熔融并且已建立保护层之后，可允许其冷却。另选地，在另外的步骤中，辊(优选硅氧烷或橡胶辊)在熔融的修复补片上滚动，以便使边缘变平并且将补片熔合到复合基底和/或保护层的周围部分。还优选的是将辊在修复补片上滚动与将热施加到修复补片并行进行。这可为有利的，因为可在熔融修复补片与复合基底和/或保护层的周围部分之间建立更紧密的连接。具体地，当在本文所述的方法中使用较大份数的修复补片时，这可为尤其重要的。

作为使用热将修复补片的边缘与保护层熔合的替代形式，可使用修复溶剂。可将修复溶剂施加到聚合物带材的修复补片上，使得修复补片至少部分地溶解以覆盖基底的受损区域，从而形成保护层。修复溶液可例如借助于小漆刷施加到保护层的两个边缘之间的间隙或修复补片与保护层和周围区域之间的间隙中。该溶液将略微溶胀下面的聚合物带材并提供良好的粘结。其也将提供能对基底的表面的良好的粘附性。可通过目视检查该区域来确保熔融并覆盖受损区域。

在修复补片已溶解并且已建立保护层之后，需要蒸发溶剂。根据温度，可需要数小时才能使修复的区域实现并重新恢复其最终的机械性能。另选地，在另外的步骤中，辊(优选硅氧烷或橡胶辊)在熔融的修复补片上滚动，以便使边缘变平并且将补片熔合到复合基底和/或保护层的周围部分。还优选的是将辊在修复补片上滚动与将热施加到修复补片并行进行。这可为有利的，因为可在熔融修复补片与复合基底和/或保护层的周围部分之间建立更紧密的连接。具体地，当在本文所述的方法中使用较大份数的修复补片时，这可为尤其重要的。

根据本发明的一个实施方案，修复补片覆盖围绕受损区域的保护层的边缘。根据受权利要求书保护的本发明，覆盖围绕受损区域的保护层的边缘可被解释为使得修复补片在保护层的围绕受损区域的边缘的区域中至少部分地与保护层重叠。在更换保护层的各区段时，保护层和修复补片的重叠是一种方便且快速的方法。为了确保重叠区域充分粘结到保护层，可应用附加的焊接工艺。当保护层为包括粘合剂层的保护带材时和当修复补片为也包括粘合剂层的带材时，这尤其可为必要的。焊接工艺可以是热焊接工艺或溶剂焊接工艺。热焊接工艺可例如在热风枪和硅橡胶辊的帮助下进行。溶剂焊接工艺可例如通过施加溶剂和硅橡胶辊来进行。溶剂可被选择成使得其能够溶解修复补片和/或保护层的聚合物。

由于如本文所述的方法能够提供表现出所期望的侵蚀保护特性的修复的保护性涂层，因此本公开还提供了通过本方法获得的直升机或风力涡轮机的转子叶片以及航空器机翼。

具体地，由于本方法非常适于修复风力涡轮机的转子叶片的雨水侵蚀保护层，因此包括通过本文所述的方法获得的保护层的风力涡轮机的转子叶片是优选的。优选地，保护层为雨水侵蚀保护层。

实施例

进一步描述本公开，然而不希望将本公开限制于此。提供以下实施例来示出某些实施方案但非意在以任何方式限制。在此之前，将描述用于表征材料以及它们的特性的某些测试方法。

缩写：

RT：室温

h：小时

min：分钟

s：秒

Ex.：实施例

TPU：热塑性聚氨酯

所用材料：

3M W8750带材：具有丙烯酸PSA层的热塑性聚氨酯带材

不含丙烯酸PSA层的3M W8750带材

3M W9910底漆

3M W4600涂层

Krystalgran(PE102-201)在四氢呋喃(THF)中10重量％的溶液

异丙醇

施加溶液(75重量％的脱矿化水和25重量％的异丙醇的混合物)

橡胶刮板(例如3M WETORDRY橡胶刮板部件No.05517)

Grit 320砂纸

具有可调温度设置的热风枪(Hot Air Blower)

小漆刷

箱密封带材(例如3M 371)

橡胶辊(例如3M Safety-Walk Rubber Hand Roller 903)

施加过程

将模拟如本文所述的雨水侵蚀上下文中的风力涡轮机的前缘的具有225mm的长度的测试叶片轮廓表面用砂砾320砂纸磨削，用异丙醇清洁并使其在环境条件下干燥。制备用于每个轮廓的防风带材的两个片材。以这样的方式选择每个片材的尺寸：在长边以及在轮廓的短边中的两者上均存在5mm-10mm的多余片材。另外，在轮廓的前边缘处的两个件之间存在8mm-12mm的间隙。

对于实施例1，两个片材均由3M防风带材W8750制成。从第一带材片材移除衬垫，并且用施加溶液喷涂带材的PSA侧以及轮廓表面。接着，将带材片材与其PSA侧附连到轮廓的一侧上。以这样的方式定位带材：在长边以及在轮廓的短边中的两者上均存在5mm-10mm多余的片材，并且存在距轮廓的真正外前缘的大约5mm的距离。然后用施加溶液喷涂带材片材的外表面。使用橡胶刮板在不移动或拉伸带材片材的情况下小心地挤出施加溶液。因此，移除在带材片材下可见的所有气泡和水袋。对轮廓的另一侧上的第二带材片材重复这些步骤。此后，使该轮廓在环境条件下干燥至少1小时。接着，从轮廓的长边缘和短边缘切下多余的带材材料。使用热风枪进一步小心地干燥轮廓上的两个带材片材之间的间隙。此后，将W9910粘合促进剂通过小漆刷施加到两个带材片材之间的间隙中的轮廓的表面上。同样，使用热风枪来蒸发粘合促进剂溶剂。制备一片适当的修复带材以覆盖轮廓的顶部上的间隙，将其对齐在间隙的顶部(与先前施加的带材片材重叠)并通过一片盒密封带材将其固定在一侧上。使用温度设置为270℃的热风枪从用盒密封带材固定的侧面开始轻柔地加热修复带材。同时，使用橡胶辊以便将修复带材推向表面。为了补偿热膨胀，将辊朝带材的非固定端移动。观察到带材的熔融，因为修复带材软化，变得有光泽并附接到下面的带材和间隙表面。施加附加的热和压力以便完成粘结过程并使修复带材的边缘变平。使测试轮廓在环境条件下冷却。移除盒密封带材和任何其它多余的材料。最后，将该轮廓在环境条件下储存1周以获得最终性能。

对于实施例2，两个片材均由3M防风带材W8750制成。从第一带材片材移除衬垫，并且用施加溶液喷涂带材的PSA侧以及轮廓表面。接着，将带材片材与其PSA侧附连到轮廓的一侧上。以这样的方式定位带材：在长边以及在轮廓的短边中的两者上均存在5mm-10mm多余的片材，并且存在距轮廓的真正外前缘的大约5mm的距离。然后用施加溶液喷涂带材片材的外表面。使用橡胶刮板在不移动或拉伸带材片材的情况下小心地挤出施加溶液。因此，移除在带材片材下可见的所有气泡和水袋。对轮廓的另一侧上的第二带材片材重复这些步骤。此后，使该轮廓在环境条件下干燥至少1小时。接着，从轮廓的长边缘和短边缘切下多余的带材材料。使用热风枪进一步小心地干燥轮廓上的两个带材片材之间的间隙。此后，将W9910粘合促进剂通过小漆刷施加到两个带材片材之间的间隙中的轮廓的表面上。同样，使用热风枪来蒸发粘合促进剂溶剂。在下一步骤中，通过小漆刷将Krystalgran PE102-200在THF中的溶液施加到间隙和周围区域中。该溶液略微溶胀下面的带材并提供良好的粘结。制备一片适当的修复带材以覆盖轮廓的顶部上的间隙，将其对齐在间隙的顶部(与先前施加的带材片材重叠)并通过一片盒密封带材将其固定在一侧上。这需要在Krystalgran溶液蒸发之前进行。同时，使用硅橡胶辊以便将修复带材推向表面并且移除所有气泡并使修复带材的边缘变平。修复条带以及下面的带材包含相对大量的需要蒸发的溶剂。这花费数小时。一旦实现保护层的最终机械特性，就移除盒密封带材和任何其它多余的材料。最后，将该轮廓在环境条件下储存1周以获得最终性能。

对于实施例3，保护层由W4600涂层组成。制备由与涂层相同的聚合物组成的修复补片。为了制备修复补片，将W4600涂层施加到低表面能基底诸如聚丙烯上，并且用四极膜涂覆器(涂覆膜)涂覆。涂层量在1ml至10ml之间并且具有50μm至300μm的厚度。之后进行根据涂层的技术数据表中给出的指导的固化步骤。

在修复补片固化之后，在优选在至少一种有机溶剂中的修复溶液的帮助下施加，使得聚合物带材的修复补片至少部分地溶解并覆盖受损区域。

作为实施例4，描述了W8750带材的重叠焊接工艺。已通过在聚丙烯板上简单层压具有10mm重叠的W8750带材来制备该实施例，该聚丙烯板允许容易地移除或层压。通过热风枪加热重叠部，并且使用硅橡胶辊同时翻转。热风枪的温度设定为300℃，并且视觉控制该工艺。在焊接工艺期间，表面变得平滑且有光泽。这允许控制工艺并指示材料何时开始熔融。当带材边缘显示平滑的外观并且不再可见尖锐边缘时，可停止该工艺。在制备后，将实施例在50℃下调理48小时。

与简单的重叠相反，所得的构造提供了以下的优点：该修复提供完美适于下面的表面而不截留任何空气的形状。修复补片的聚合物层覆盖粘合剂层。修复补片的边缘为平滑的或倒圆的。粘合剂与聚合物层没有明显的断缺或混合。

测试方法：

雨水侵蚀试验

用根据ASTM G73-10的雨水侵蚀测试方法测量抗侵蚀特性。

将如上所述获得的测试轮廓安装在转子的叶片上，将转子的叶片旋转以提供从叶片尖端处的160m/s的测试速度到中心的143m/s的测试速度和在根部的126m/s的测试速度的范围内的速度。

通过以30mm/小时的速度将具有约2mm的液滴尺寸的水(23℃)喷淋到装备内的旋转叶片上来模拟降雨。每30分钟停止测试，之后目视检查涂覆表面。测试运行18小时。

雨水侵蚀测试结果

目视检查实施例，并确定带材表面的任何损伤或侵蚀。对于所有实施例，均没有观察到修复带的可见损伤或断缺。因此，可以得出这样的结论：如本文所述的方法非常适用于修复转子叶片诸如风力涡轮机的转子叶片的侵蚀带材表面。

Claims (18)

1.一种用于修复转子叶片或航空器机翼的表面的方法，所述表面包括

(a)复合基底；和

(b)保护层，所述保护层具有至少部分受损的至少一个区域，

所述方法包括

(i)任选地，移除保护带材的受损部分的至少一部分；

(ii)任选地，重建受损复合基底的所述表面；

(iii)任选地，将底漆溶液施加到所述复合基底的所述表面；

(iv)任选地，施加聚合物溶液，所述聚合物溶液优选地在至少一种有机溶剂中；

(v)将聚合物带材的修复补片施加到所述复合基底的至少一部分上；

(vi)施加热，使得聚合物带材的所述修复补片熔融并覆盖所述受损区域，从而形成保护层，或者施加修复溶液，所述修复溶液优选地在至少一种有机溶剂中，使得聚合物带材的所述修复补片至少部分地溶解并覆盖所述受损区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物带材的所述修复补片包含与所述保护层相同的聚合物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述聚合物带材的所述修复补片包含至少一种聚氨酯聚合物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物带材的所述修复补片包含至少一种热塑性弹性体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述修复补片中的所述至少一种热塑性弹性体选自热塑性聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物、热塑性烯烃、弹性体合金、热塑性共聚酯、热塑性聚酰胺以及它们的组合，并且优选为热塑性聚氨酯。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述转子叶片的所述保护层包含至少一种热塑性弹性体。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物溶液中的所述聚合物为与所述聚合物带材的所述修复补片中相同的聚合物。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物溶液、所述修复溶液、所述保护层和所述聚合物带材中的所述聚合物为热塑性弹性体，优选地选自热塑性聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物、热塑性烯烃、弹性体合金、热塑性共聚酯、热塑性聚酰胺以及它们的组合，并且优选为热塑性聚氨酯。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述修复补片还覆盖所述保护层的围绕所述受损区域的所述边缘。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述聚合物溶液和/或所述修复溶液的所述至少一种有机溶剂选自四氢呋喃、二乙基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺、乙醇、环己烷、丁醇、戊醇、己醇、二甘醇、二甘醇二甲醚、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、戊烷、己烷、石油醚、二甲苯以及它们的混合物，优选四氢呋喃、异丙醇、乙醇以及它们的混合物。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(vi)的第一替代形式中施加的所述热在120℃至500℃、优选在200℃至450℃、更优选在250℃至350℃的范围内。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中施加步骤(vi)的第一替代形式中的所述热，直至所述修复补片的温度达到140℃至170℃。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中覆盖所述复合基底的所述保护层包括保护带材，所述保护带材包括聚合物层和压敏粘合剂层。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中覆盖所述复合基底的所述保护层包括涂层，所述涂层包含基于聚氨酯的聚合物。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中聚合物带材的所述修复补片不包括压敏粘合剂层。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(iv)中，施加四氢呋喃中的热塑性聚氨酯(TPU)溶液。

17.一种转子叶片或航空器的机翼，所述转子叶片或航空器的机翼包括通过根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的保护层。

18.根据权利要求14所述的转子叶片或航空器的机翼，其中所述保护层位于所述转子叶片的所述前缘上，优选地其中所述保护层为雨水侵蚀保护层。