隨著人類社會的發(fā)展,生產(chǎn)和生活對能源的需求日漸強烈。目前,綠色能源的發(fā)展勢頭正盛,尤其是風力發(fā)電行業(yè),近10年得到了蓬勃發(fā)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(huán)境惡劣的地區(qū),這就需要對風電設(shè)備進行很好的保護,才能使風電設(shè)備產(chǎn)生更高的效益。風電葉片是風力發(fā)電機的關(guān)鍵部件,它通常是由纖維增強樹脂制成的復(fù)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(chǎn)過程中,葉片殼體、膩子及涂層需要經(jīng)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(chǎn)現(xiàn)場,這些粉塵會粘附在葉片表面。粉塵的存在對涂層的質(zhì)量是有負面影響的[1],國內(nèi)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(guān)于車間粉塵對風電葉片涂層影響的相關(guān)報道。本研究通過拉開法考察了風電葉片生產(chǎn)車間的粉塵對涂層附著性能的影響,結(jié)果說明了粉塵明顯降低了涂層對復(fù)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(zhì)等相同的復(fù)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(fā)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(fù)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(zhì)等相同的復(fù)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(fù)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(shè)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(shù)據(jù),

取其中偏差較小的5個數(shù)據(jù),再求平均值,并觀察破壞面狀況。

2結(jié)果與討論

2.1附著性能測試結(jié)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(jié)果如表2和表3所示,并將各數(shù)據(jù)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(fù)合材料,固化后的環(huán)氧樹脂存在大量的羥基,這有利于涂料在復(fù)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(chǎn)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(chǎn)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(yīng)力集中點。隨著涂層不斷受到外來的作用力或環(huán)境老化,這些應(yīng)力集中點首先發(fā)生破壞,進而使破壞區(qū)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(jié)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(jié)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(chǎn)過程中,應(yīng)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(tǒng)地控制[5],使涂裝質(zhì)量得到提高。