一種用于風機葉片保護的新型位阻胺涂料的研制

0國內風機葉片生產技術研究隨著中國風力市場的擴大，風扇行業逐步進入快速發展階段。國內外眾多制造企業開始進入我國風能市場。除已經規模生產的新疆金風外,即將在我國建廠的企業不少于10家,其中包括Vestas、GE、Gamesa等國際風電巨頭,同時還包括大連重型工業集團、東方汽輪機廠、北京萬源工業公司、哈爾濱電機廠、哈爾濱飛機集團等國有大型企業。風機葉片是風力發電機的核心部件,造價約占整個設備的1/4~1/3。我國現有制造并銷售葉片的工廠有天津LM與中航(保定)惠騰等。和世界上絕大多數葉片制造業一樣,我國風機葉片都采用以玻璃鋼為主要結構體的生產技術。由于風機所處的地域寬廣,會遭遇到各種惡劣環境的影響,如風沙侵蝕、沿海的鹽霧腐蝕、溫差變化、紫外光輻射老化等。一般采用施工涂料來保護風機葉片表面,延長風機的工作年限。湖南湘江涂料集團公司針對風機葉片的使用現狀,專門研制了一種用于風機葉片保護的聚天門冬氨酸酯涂料。1聚天門冬氨酸酯的合成聚天門冬氨酸酯涂料是近幾年來在聚脲工業領域出現的一種新型脂肪族、慢反應、高性能雙組分涂料,被稱為第三代聚脲。該材料的A組分采用HDI三聚體,B組分采用聚天門冬氨酸酯,其結構式見圖1。聚天門冬氨酸酯是近年來開發的一種新型位阻胺。早期它曾用作雙組分高固體分PU體系的活性稀釋劑,由于大多數胺在用于雙組分涂料時,體系的反應速度太快以致難以控制(如聚脲材料的快速固化),而聚天門冬氨酸酯是空間位阻型脂肪族仲二胺,它與多異氰酸酯的固化反應的凝膠時間取決于聚天門冬氨酸酯的結構,采用不同結構的取代基X可以得到不同反應速度的聚天門冬氨酸酯衍生物。聚天門冬氨酸酯涂料屬于脂肪族聚脲的范疇,它利用脂肪族異氰酸酯與聚天門冬氨酸酯反應生成,該反應不同于傳統雙組分聚氨酯涂料的羥基與異氰酸酯的反應,也不同于常規的噴涂脂肪族聚脲彈性體,而是綜合了二者的優點,即反應不需要催化劑,并且在濕度較大的條件下,產品性能穩定,不容易發泡,又具有較長的施工期。聚天門冬氨酸酯聚脲的反應原理見圖2。聚天門冬氨酸酯涂料與普通聚脲涂料的比較見表1。聚天門冬氨酸酯涂料在應用和性能上與雙組分脂肪族聚氨酯涂料相近;由于它耐黃變,經常用作面漆。但它們也有明顯的差異:聚天門冬氨酸酯涂料比傳統的雙組分脂肪族聚氨酯涂料有更高的固體分(70%~100%)、更高的膜厚(一次施工可達375μm)。又由于聚天門冬氨酸酯涂料比傳統的脂肪族聚氨酯涂料固化速度快,因此它通常被應用在需要快速固化的場合,從而提高生產效率。表2為聚天門冬氨酸酯涂料與傳統聚氨酯涂料的比較。聚天門冬氨酸酯涂料能形成一種高交聯密度、耐磨且光澤高,顏色鮮艷的涂膜。涂膜既具有極高的表面硬度又具有良好的彈性、柔韌性、抗彎曲性能和卓越的物理力學性能,包括很好的拉伸強度、撕裂強度和表面硬度;涂膜同時具有突出的耐化學品性、耐磨性和耐沖擊性。聚天門冬氨酸酯涂料既可作為單一的防腐涂層,直接噴涂在基材表面,也可作為其它芳香族聚脲、聚氨酯或聚氨酯脲的面漆。2天冬氨基丙烯酸涂料的開發2.1其他聚合物樹脂固化劑:Desmodur3390(BAYER)、Desmodur3600(BAYER)、Desmodur3800(BAYER);樹脂:DesmophenNH1220(BAYER)、DesmophenNH1420(BAYER)、DesmophenNH1520(BAYER);顏料:鈦白R930(日本);填料:高嶺土;溶劑:丁酯、MPA(巰基丙胺)等;助劑:EFKA2022、EFKA2722、OK500等。2.2ennnh140及固化劑試驗中選用拜耳公司的DesmophenNH1520和DesmophenNH1420作樹脂,用Desmodur3390、Desmodur3800作固化劑。按配方量稱取聚天門冬氨酸酯樹脂和部分溶劑,加入鈦白粉,分散研磨至細度≤20μm,再加入溶劑和助劑,分散均勻,制得漆料。2.3固化劑配方基料配方:原材料質量分數/%填料5~15助劑2~5溶劑20~30固化劑配方:原材料質量分數/%溶劑15~25溶劑配方:丁酯∶MPA=3∶1(質量比)。3理想的防腐涂料涂膜聚天門冬氨酸酯涂料的特性如下:(1)該產品涂膜表干3h、實干24h,比其它傳統涂料快、相對普通的聚脲涂料具有更好的可操作性;(2)該產品一次噴涂成膜厚度為100~200μm,為理想的防腐漆膜厚度,比其它傳統涂料一次成膜厚,相對原來的聚脲涂料涂膜更薄;(3)能直接噴涂在經過處理的基材表面,作為單一的防腐裝飾涂層;(4)涂膜具有很好的光澤度和表觀效果;(5)涂膜具有極佳的保光、保色能力;(6)涂料具有極佳的防腐性能;(7)在小面積或者受條件限制的地區可使用刷涂施工,大面積可使用傳統的噴涂設備施工,如無氣噴涂等。我們開發的用于風電葉片保護的聚天門冬氨酸酯涂料的技術指標見表3。4施工時涂膜的保護作用風機葉片涂料的施工工藝如下:打磨→刮膩子→清理表面→施工聚天門冬氨酸酯涂料。聚天門冬氨酸酯涂料建議采用無氣噴涂施工工藝,此時涂膜表面效果最好。每次施工濕膜厚不要超過250μm。涂料的復涂間隔:20min~48h。隨著基材、表面外形、平整度以及施工條件的變化,覆蓋率也會發生變化。普通的單涂層或雙涂層,1kg涂料施工約3.5m2(200μm干膜厚),就能足夠保護大多數表面。對于作為芳香族涂層的面漆,或者一般防腐使用,單涂層就足夠了。5性能要求和性能優勢國內風機葉片生產廠家一般采用膠衣來保護玻璃鋼制品,但是膠衣的抗風沙性能不太好,因此需要使用涂料,其首要目的是為了解決雨雪風沙對風機葉片表面的沖擊破壞問題。風機葉片涂料要求抗風沙,因此要有抗石擊性能。抗石擊性能是對整個涂層體系(即底漆+中涂+面漆)的機械性能,如硬度、韌性和相互間及對底材的附著力的一個綜合評價。風機葉片時刻都有受到各類風沙、雨雪襲擊的可能,所以抗石擊性能是風機葉片涂料的一個十分重要的和非常嚴格的指標。影響其抗石擊性能的因素也很多,它必須同時達到硬度、韌性適中,并與底、面漆具有良好的結合力,才可能具有良好的抗石擊性能。聚天門冬氨酸酯涂料既具有極高的表面硬度又具有良好的彈性、柔韌性、抗彎曲性能和卓越的物理力學性能,包括很好的拉伸強度、撕裂強度和表面硬度,我們采用聚天門冬氨酸酯涂料、膠衣、聚氨酯涂料、聚脲涂料進行抗石擊性能的對比試驗,證明聚天門冬氨酸酯涂料具有良好的抗石擊性能。聚天門冬氨酸酯涂料與風機葉片基材有良好的附著力,通過拉開法附著力實驗,聚天門冬氨酸酯涂料在風機葉片玻璃鋼和膠衣上的附著力都可以達到6MPa。好的附著力保證涂膜不會從基材上脫落,長久地保護風機葉片。其它性能,包括耐紫外線性能、耐濕熱性能、耐鹽霧性能、低溫韌性(要求耐-50℃)等,聚天門冬氨酸酯涂料也能一一滿足。聚天門冬氨酸酯涂料作為一種高功能的面層涂料,用于風機葉片保護,性能優勢主要體現為以下幾點:(1)環境友好型,高固體分涂料;(2)多種固化速度,施工簡單,厚膜型;(