风机叶片涂装工艺的研究

风机叶片涂装工艺的研究中北大学2008届毕业论文第10页共37页风机叶片涂装工艺的研究摘要：风机叶片是风力发电系统的关键动部件，直接影响着整个系统的性能，约占总成本的15%～20%。并要具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性。因此，叶片的制造质量水平十分重要。目前大型风力发电机的叶片基本上由各种复合材料制成，因此叶片技术与复合材料技术密切相关。一台风机的服役期限大约是20年，作为风机叶片的复合材料应该至少满足在此年限内的完好，而此在过程中玻璃钢叶片要经历紫外线的照射，大风，海水及含盐潮湿空气的侵蚀，以及沙石的击打。大型风机的叶片所在高度大多在50m以上，导致叶片的修补比较困难，成本比较高。为了解决上述问题人们开发了表面涂装工艺使得风机叶片具有更强的抗疲劳性、抗冲击性、耐老化性、耐腐蚀性和耐热性等，这样可以大大的节约发电成本。本文对叶片涂装工艺，涂料系统及涂装环境进行了简单研究，拟出一最佳涂装工艺流程，以此增加叶片的使用寿命，节约维护成本。关键词：风机叶片，后期处理，涂装工艺。1前言1.1全球风能现状及风电发展风能是一种清洁的永续能源，与传统能源相比，风力发电不依赖矿物能源，没有燃料价格风险，发电成本稳定，也没有包括碳排放等环境成本。风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景最好的发电方式之一。此外，可利用的风能在全球范围内分布都很广泛。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。正是因为有这些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，发展迅速[1]。根据全球风能理事会的统计，全球的风力发电产业正以惊人的速度增长，过去10年平均年增长率达到28%，全球安装量达到了7400万KW，意味着每年在该领域的投资额达到了180亿欧元[12]。截至2007年底全球新增风电装机容量超过2000020000MW，美国、西班牙和中国分别以新增5244MW、3522MW和3449MW位列世界新增装机容量前三强。到2007年底，全球风电装机总量达到94112MW，比2006年总装机容量增加27%[23]。2007年，全球风电资金中9%投向了中国，总额达16.2亿欧元，中国有望成为全球最大的风电市场。1.2我国风能现状我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿KW，其中，陆地上风能储量约2.53亿KW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿KW，共计10亿KW。而2003年底全国电力装机约5.67亿KW[34]。1.2.1"三北"（东北、华北、西北）地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省/自治区近200km宽的地带，风功率密度在200～300W/m2以上，有的可达500W/m2以上，可开发利用的风能储量约2亿KW，约占全国可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场。但是，建设风电场时应注意低温和沙尘暴的影响，有的地方联网条件差，应与电网统筹规划发展[5]。1.2.2东南沿海地区风能丰富带东南沿海受台湾海峡的影响，陆地局部风能丰富地区,每当冷空气南下到达海峡时，由于狭管效应使风速增大。冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线约1800km，岛屿6000多个，这是风能大有开发利用前景的地区。沿海及其岛屿风能丰富带，年有效风功率密度在200W/m2以上，风功率密度线平行于海岸线，沿海岛屿风功率密度在500W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等，可利用小时数约在7000～8000小时。这一地区特别是东南沿海，由海岸向内陆是丘陵连绵，风能丰富地区仅在距海岸50km50㏎之内。1.2.3内陆局部风能丰富地区在两个风能丰富带之外，风功率密度一般在100W/m2以下，可利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、湖北的九宫山、河南的嵩山、山西的五台山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。1.2.4海上风能丰富区我国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多KW。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年，且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。图1.21我国风能分布图我国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多KW。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年，且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。1.2国内风电现状和规划1.3国内风电现状和规划开发新能源是国家能源建设实施可持续发展战略的需要，是促进能源结构调整、减少环境污染、推进技术进步的重要手段。风电以其丰富的资源、良好的环境效益和逐步降低的发电成本，将成为21世纪中国重要的电源。中国政府将风力发电作为改善能源结构、应对气候变化和能源安全问题的主要替代能源技术之一，给予了有力的扶持。确定了2010年和2020年风电装机容量分别达到500万KW和3000万KW的目标，制定了风电设备国产化相关政策，并辅以“风电特许权招标”等措施，推动技术创新、市场培育和产业化发展。到2006年底，中国累计风电装机容量达到260万KW，过去10年的年平均增长速度达到46%％；中国在风电装机容量的世界排名中，2004年居第10位，2007年跃居第5位，并有望成为世界最大的风电市场[64]。根据目前的发展势头，政府确定的2010年的发展目标有望于2008年提前完成。风电已经在节约能源，缓解中国电力供应紧张的形势、降低长期发电成本、减少能源利用造成的大气污染和温室气体减排等方面做出贡献，开始有所作为。1.3风力发电装置及叶片研究1.4风力发电装置及叶片研究风力发电机组是由叶片、传动系统、发电机、储能设备、塔架及电器系统等组成的发电装置。要获得较大的风力发电功率，其关键在于要具有能轻快旋转的叶片。所以，风力发电机叶片（简称风机叶片）技术是风力发电机组的核心技术，叶片的翼型设计、结构形式，直接影响风力发电装置的性能和功率，是风力发电机中最核心的部分。由于风机叶片的尺寸大、外形复杂，并且要求精度高、表面粗糙度低、强度和刚度高、质量分布均匀性好等，使得叶片技术成为制约风力发电大力发展的瓶颈[57]。目前中国对风电机组中叶片的研制技术已经基本掌握，能批量生产1.5MW以下各系。具有代表性的有保定惠腾、中复连众、上海玻璃钢研究院等。另外国际知名的叶片制造商丹麦LM公司早在2002年就在天津设立了生产工厂，为国内外整机企业配套生产叶片；外资整机制造企业，如维斯塔斯、歌美飒和苏司兰公司，也都在国内设有自己的叶片生产厂。除上述叶片生产企业以外，国内正在进行叶片研发试制的企业还有多家，包括保定华翼、天津东汽、北京玻璃钢研究院等。但远远不能满足国内叶片市场发展的需求，极大的依赖于进口[6,78]。因此，大力增加研究和开发技术上的投入，大力培养风电人才，突破风机叶片技术的瓶颈限制，大力开发风电能源，对于缓解我国将来的能源危机，具有战略意义。风机叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键。目前，风机叶片所用材料已由木质、帆布等发展为玻璃纤维增强复合材料（玻璃钢）、碳纤维增强复合材料等，其中新型玻璃钢叶片材料因为其重量轻、比强度高、可设计性强、价格比较便宜等因素，开始成为大中型风机叶片材料的主流[89,10]。1.5课题研究意义34本课题的提出叶片涂装工艺现状1.34.1问题的提出风力发电装置把自然界力量转化成我们可以使用的能量，它们同时也必须能够承受得了这一巨大力量。特别是转子叶片。给它们最佳保护方能让装置发挥最高效率。这对制造来说意味着：涂料系统必须按照具体的生产工艺度身定制。只有这样叶片才能长期发挥其全部作用。风力发电机组在工作过程中，风机叶片要承受强风载荷、砂粒冲刷、紫外线照射、大气氧化与腐蚀等外界因素的作用。为了解决上述问题，提高复合材料叶片的承载能力、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对复合材料风机叶片进行表面涂装。长期以来，国内大部分的玻璃钢叶片的表面防护主要采用喷漆或喷涂胶衣等简单的方法，质量较差，并需要经常维护。而风机叶片安装位置比较高，维护比较困难且维护成本很高，结合经济角度和实际应用角度来考虑，叶片的表面涂装是最好的解决方案[11]。风电将在全球范围继续高速发展，国内国外风电市场巨大。中国的目标是累计装机容量在2010年达到500万KW，2020年达到3000万KW，这个目标将会提前实现，，国内叶片市场将供不应求。按目前国内引进技术比较普遍的1.5MW叶片来计算，2007～2010年，需要叶片数为7000片左右，而2010～2020年之间，所需叶片数为50000片，国内叶片市场巨大[12][9]。而复合材料在风机叶片应用的发展给表面处理技术提供了广阔的应用前景。从经济角度分析，玻璃钢叶片表面涂装技术具有以下优势[1130]：1)目前由于技术、工艺等原因，玻璃钢叶片的表面不尽如人意。叶片仅由于表面的缺陷而成为不合格品，且叶片的价格比较昂贵这样就造成了不必要的成本增加。运用叶片表面涂装技术，可以提高制品的表观质量，从而降低制品的废品率。2）。叶片表面涂装技术还可以提高助剂的利用率，如紫外线吸收剂、抗氧化剂等，因为这些助剂只需在表面层使用。3）试验研究表明，玻璃钢的老化一般都是从表面开始的，并且主要在0.7mm范围内。主要表现在表面起花、纤维外露。表面涂装技术可以增加叶片的使用寿命,节约维护成本。1.6课题研究内容1.34.12涂装工艺简介通过对欧洲培训过程中的学习和现行涂装工艺在叶片上的应用实验综合成以下内容：叶片胶衣（有时胶衣是在叶片成型前就涂在阴模上）叶片表面打磨；刮涂叶片大缝腻子打磨大缝腻子喷涂底漆检查小缺陷刮涂针孔腻子打磨底漆及针孔腻子喷涂面漆1.7理论依据表面涂装是指在玻璃钢制品叶片的成型过程中或成型后，使用各种不同的，具有高性能的或某种特定功能的材料对其表面进行修饰、保护或赋予新的功能，提高制品的质量与竞争力，扩大其应用范围的一种工艺方法。风力发电装置把自然界力量转化成我们可以使用的能量，它们同时也必须能够承受得了这一巨大力量。特别是转子叶片，给它们最佳保护方能让装置发挥最高效率。这对叶片制造来说意味着：涂装工艺必须经过认真研究和改进。只有这样叶片才能长期发挥其全部作用[14]。表面涂装是玻璃钢制品表面高质化和多能化的一种有效措施，并无须改变玻璃钢的制品配方、工艺条件。目前国内高质量、低价格的表面涂装防护技术的开发较滞后。长期以来，国内大部分的玻璃钢表面防护主要采用喷漆或喷涂胶衣等简单的方法，质量较差，并需要经常维护。即使在某些重点工程中，采用贴合高性能的聚四氟乙烯薄膜技术，价格高且质量不能保证。因此，研发工艺简便，性能可靠的玻璃钢表面防护技术是目前较紧迫的一个课题[11]。正确选择涂料及相适应的涂装工艺是提高涂装性能的必要条件。现代涂料的研究已臻成熟，涂层附着力良好，耐候性及耐腐蚀性好。目前的发展方向是开发符合环保要求的高性能品种。高性能是指高装饰、重防腐、超耐久、功能化以及便于施工等。本文就是针对诸如叶片在特殊环境下的耐候性，抗紫外线，抗冲击性，抗腐蚀等方面进行研究和改进。从而实现玻璃钢叶片良好的表面性能和其他功能，延长叶片的使用寿命，降低使用成本对于开拓玻璃钢在叶片领域的应用和充分发挥其优点具有重要意义。1.43.23涂装工艺现状表面涂装是玻璃钢制品表面高质化和多能化的一种有效措施，并无须改变玻璃钢的制品配方、工艺条件。目前国内高质量、低价格的表面涂装防护技术的开发较滞后。长期以来，国内大部分的玻璃钢表面防护主要采用喷漆或喷涂胶衣等简单的方法，质量较差，并需要经常维护。即使在某些重点工程中，采用贴合高性能的聚四氟乙烯薄膜技术，价格高且质量不能保证。因此，研发工艺简便，性能可靠的玻璃钢表面防护技术是目前较紧迫的一个课题[115]。涂装工艺系统地应用在叶片上已有近二十年的历史了。，今天基本所有的转子叶片都在各种涂层的保护下在各种风和气候状况下正常运转。风机叶片涂装工艺的长期研发和改进工作保证了这些涂料的功能可靠。这一成功的基础是国际实验室的研究成果以及从世界各地建造的风力发电装置上积累的丰富经验。正确选择涂料系统及相适应的涂装工艺是提高涂装性能的必要条件。现代涂料的研究已臻成熟，涂层附着力良好，耐候性及耐腐蚀性好。目前的发展方向是开发符合环保要求的高性能品种。高性能是指高装饰、重防腐、超耐久、功能化以及便于施工等[16]。1.4.3涂装目的与意义涂装目的玻璃钢叶片喷涂的目的与金属、木材等其它底材涂装并无原则上的区别，都是满足玻璃钢叶片对保护、装饰和特殊功能性的要求，达到延长使用寿命、美观、增加玻璃钢制品附加值的目的。但是与金属和木材底材涂装的不同之处在于，玻璃钢叶片基本不存在腐蚀问题，但同时出现了底材附着力差的问题。其次，玻璃钢叶片由于化学结构、加工方法和组成的多样性，又决定了其表面状态的多样性，这就增加了涂装中表面处理的难度。此外，由于风机叶片的大小各异，运行的风场条件不同，这样就给喷涂设计和涂料选择带来一定的困难。所以必须针对实际需要设计合理的工艺过程。产品开发的焦点明确对准设备的持久力。一台风电装置的停工时间越短，发电量也就越大。涂装后的叶片能够提高叶片的质量，使得风机能够在原有基础上更长时间地运行。涂装后的叶片特点：1)极高的耐磨强度：表面保护层持久耐用；2)极高的弹性：把由于应力而导致裂缝的风险降低到最小；3)优异的紫外线稳定性：色调多年后保持不变；4)有益环境：它们满足挥发性有机物（VOC）指令；5)冷固化：节约能量及成本；6)防污作用：降低泥土沾污从而提高发电量；7)防冰作用：减少了表面结冰。涂装意义风力发电装置把自然界力量转化成我们可以使用的能量，它们同时也必须能够承受得了这一巨大力量。特别是转子叶片。给它们最佳保护方能让装置发挥最高效率。这对制造来说意味着：涂料系统必须按照具体的生产工艺度身定制。只有这样叶片才能长期发挥其全部作用。风力发电机组在工作过程中，风机叶片要承受强风载荷、砂粒冲刷、紫外线照射、大气氧化与腐蚀等外界因素的作用。为了解决上述问题，提高复合材料叶片的承载能力、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对复合材料风机叶片进行表面涂装。长期以来，国内大部分的玻璃钢叶片的表面防护主要采用喷漆或喷涂胶衣等简单的方法，质量较差，并需要经常维护。而风机叶片安装位置比较高，维护比较困难且维护成本很高，结合经济角度和实际应用角度来考虑，叶片的表面涂装是最好的解决方案[11]。风电将在全球范围继续高速发展，国内国外风电市场巨大。中国的目标是累计装机容量在2010年达到500万KW，2020年达到3000万KW，这个目标将会提前实现，国内叶片市场将供不应求。按目前国内引进技术比较普遍的1.5MW叶片来计算，2007～2010年，需要叶片数为7000片左右，而2010～2020年之间，所需叶片数为50000片，国内叶片市场巨大[12]。而复合材料在风机叶片应用的发展给表面处理技术提供了广阔的应用前景。从经济角度分析，玻璃钢叶片表面涂装技术具有以下优势[13]：1)目前由于技术、工艺等原因，玻璃钢叶片的表面不尽如人意。叶片仅由于表面的缺陷而成为不合格品，且叶片的价格比较昂贵这样就造成了不必要的成本增加。运用叶片表面涂装技术，可以提高制品的表观质量，从而降低制品的废品率。2）叶片表面涂装技术还可以提高助剂的利用率，如紫外线吸收剂、抗氧化剂等，因为这些助剂只需在表面层使用。3）试验研究表明，玻璃钢的老化一般都是从表面开始的，并且主要在0.7mm范围内。主要表现在表面起花、纤维外露。表面涂装技术可以增加叶片的使用寿命,本文就是针对诸如叶片在特殊环境下的耐候性，抗紫外线，抗冲击性，抗腐蚀等方面进行研究和改进。从而实现玻璃钢叶片良好的表面性能和其他功能，延长叶片的使用寿命，降低使用成本对于开拓玻璃钢在叶片领域的应用和充分发挥其优点具有重要意义。1.4.4涂装的目的玻璃钢叶片喷涂的目的与金属、木材等其它底材涂装并无原则上的区别，都是满足玻璃钢叶片对保护、装饰和特殊功能性的要求，达到延长使用寿命、美观、增加玻璃钢制品附加值的目的。但是与金属和木材底材涂装的不同之处在于，玻璃钢叶片基本不存在腐蚀问题，但同时出现了底材附着力差的问题。其次，玻璃钢叶片由于化学结构、加工方法和组成的多样性，又决定了其表面状态的多样性，这就增加了涂装中表面处理的难度。此外，由于风机叶片的大小各异，运行的风场条件不同，这样就给喷涂设计和涂料选择带来一定的困难。所以必须针对实际需要设计合理的工艺过程。产品开发的焦点明确对准设备的持久力。一台风电装置的停工时间越短，发电量也就越大。涂装后的叶片能够提高叶片的质量，使得风机能够在原有基础上更长时间地运行。涂装后的叶片特点：1)极高的耐磨强度：表面保护层持久耐用；2)极高的弹性：把由于应力而导致裂缝的风险降低到最小；3)优异的紫外线稳定性：色调多年后保持不变；4)有益环境：它们满足挥发性有机物（VOC）指令；5)冷固化：节约能量及成本；6)防污作用：降低泥土沾污从而提高发电量；7)防冰作用：减少了表面结冰。1.845叶片涂料系统1.5.1涂料对玻璃钢粘附性的理论涂料的种类很多，选择玻璃钢和涂料体系，必须保证选择的涂料体系对玻璃钢有足够的附着力。要获得足够的附着力必须遵循一些基本原则：对底材要润湿；玻璃钢边界层要有足够的内聚强度；避免玻璃钢和涂料过渡层积累内应力等。底材的润湿程度可通过测定涂料润湿玻璃钢时的接触角来判定，接触角的大小可直接反映底材表面自由能的大小。接触角小，润湿性就好，表面能越低的底材越难润湿。为得到良好的润湿，常在涂料中加入有机硅偶联剂来降低液体涂料的表面张力[17,18]。选择合适的涂料仅仅是获得良好附着力的前提条件，底材表面的自然特性对涂料在其表面的附着起主要作用，玻璃钢底材的成型条件对其表面影响很大，如成型压力、温度、时间、固化时间等因素；玻璃钢叶片喷涂前所处的条件对附着力也有较大影响，例如温度、湿度、内应力以及表面光洁度[19]。内应力可以在叶片成型过程或修剪过程中形成。复合材料底材的结晶度越高，涂料在其表面的附着力越小。涂层附着力的大小与涂料扩散到玻璃钢底材内部能力的大小密切相关。涂料一旦渗透到玻璃钢底材中，渗透物与玻璃钢底材间存在的静电和机械咬合现象将明显增强二者之间的附着力。1.5.2涂料系统简介一个为不同的生产过程度身定制并和谐匹配的涂装工艺系统，是转子叶片能够长期可靠工作的最佳保证。1.8.1叶片涂料系统简介涂料系统是指在玻璃钢叶片在经过表面处理后，使用各种不同的、具有高性能的或某种特定功能的油漆对其表面进行修饰、保护或赋予新的功能，提高叶片表面的质量与竞争力，扩大其应用范围的一种工艺方法。涂料系统是玻璃钢叶片表面高质化和多能化的一种有效措施。一个为不同的生产过程度身定制并和谐匹配的涂装工艺系统，是转子叶片能够长期可靠工作的最佳保证。一个为不同的生产过程度身定制并和谐的涂料系统，是转子叶片能够长期可靠工作的最佳保证。涂料系统通常按湿法涂层、预浸涂层和喷涂工艺等生产工艺进行具体调配。此外，每种系统还分成初级，中级和优级三个类别。初级：“初级”系统为保护转子叶片提供最基本的涂层结构。该系统主要关注于保护转子叶片边缘，低投资成本以及使用最简单的工具。中级：使用“中级”系统可以完好地保护全部的转子叶片。，它的特点是高抗应力能力和优异性价比。在实际工作中仅需花费很少的工具费用就能够很快用于已有的生产工艺中。优级：“优级”系统用于针对工艺优化的高自动化转子叶片生产。它集完善的耐磨保护、安全可靠的使用技术以及优异的表面质量等于一体。这是可以适用于各种生产过程的最新涂料技术。1.8.2湿法涂层：它仍然还是最广泛使用的涂层工艺，仅需要非常简单的辅助工具和低投资成本就可以很快落实。表1.8.2湿法涂层工艺三个等级试验分析表编号初级中级优级1把胶衣放入模具内（300－400μm）把胶衣放入模具内（300－400μm）把胶衣放入模具内（450μm）2放入EP层合板放入EP层合板放入EP层合板3把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂4使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷5使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm6喷涂配好的面漆最终涂2层2×40μm喷涂配置好的底漆350μm喷涂配置好的底漆350μm7最终喷涂面漆2层2×40μm最终喷涂面漆2层2×40μm总层厚380－480μm730－830μm880μm叶片边缘980－1080μm1330－1430μm1480μm结果加工时间短，需要的工具投资成本低，符合最低要求耐磨性高故寿命非常长，表面质量高从而降低能耗极高耐磨性，工艺安全可靠性好，非常高的表面质量1.8.3预浸涂层：它是进行过工艺优化的涂层工艺，贴上浸渍过的织物垫。最吸引人的特点是，不用在模具内作业。表1.8.3预浸涂层三个等级试验分析表编号初级中级优级1放入EP层合板放入EP层合板放入EP层合板2把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂3使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷4使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm5使用叶片胶衣做中间层60μm辊涂配置好的底漆200μm喷涂配置好的底漆350μm6使用面漆最终涂层2×40μm使用小缝腻子填补针眼使用小缝腻子填补针眼7使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm总层厚140μm280μm430μm叶片边缘740μm880μm1030μm结果工作步骤少，加工时间短，满足最低要求，需要的工具投资成本低耐磨性高，寿命非常长，良好的性价比极高的的耐磨性，非常高的表面质量，从而减少风力转换中的能量消耗，使用透明的底漆从而更好的检测叶片缺陷1.8.4喷涂工艺：这是转子叶片制作的最新技术，是专为自动化负压下工作工艺提供专用的涂料系统。表1.8.4喷涂工艺三个等级试验分析表编号初级中级优级1放入EP层合板放入EP层合板把胶衣放入模具内450μm2把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂放入EP层合板3使用腻子修补可见缺陷使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂4使用小缝腻子填补针眼辊涂配置好的底漆200μm使用腻子修补可见缺陷5使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用小缝腻子填补针眼使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm6使用叶片胶衣做中间层60μm使用叶片胶衣做中间层60μm喷涂配置好的底漆350μm，使用小缝腻子填补针眼7使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm总层厚140μm340μm880μm叶片边缘740μm940μm1480μm结果工作步骤少，加工时间短，满足最低要求，价廉物美的涂料系统耐磨性高，寿命非常长，良好的性价比极高的的耐磨性，非常高的表面质量，从而减少风力转换中的能量消耗，冷固化系统，从而模具占用时间更短1.5涂装工艺的理论来源1.9涂料对玻璃钢粘附性的理论涂料的种类很多，选择玻璃钢和涂料体系，必须保证选择的涂料体系对玻璃钢有足够的附着力。要获得足够的附着力必须遵循一些基本原则：对底材要润湿；玻璃钢边界层要有足够的内聚强度；避免玻璃钢和涂料过渡层积累内应力等。底材的润湿程度可通过测定涂料润湿玻璃钢时的接触角来判定，接触角的大小可直接反映底材表面自由能的大小。接触角小，润湿性就好，表面能越低的底材越难润湿。为得到良好的润湿，常在涂料中加入有机硅偶联剂来降低液体涂料的表面张力[12]。选择合适的涂料仅仅是获得良好附着力的前提条件，底材表面的自然特性对涂料在其表面的附着起主要作用，玻璃钢底材的成型条件对其表面影响很大，如成型压力、温度、时间、固化时间等因素；玻璃钢叶片喷涂前所处的条件对附着力也有较大影响，例如温度、湿度、内应力以及表面光洁度[13]。内应力可以在叶片成型过程或修剪过程中形成。复合材料底材的结晶度越高，涂料在其表面的附着力越小。涂层附着力的大小与涂料扩散到玻璃钢底材内部能力的大小密切相关。涂料一旦渗透到玻璃钢底材中，渗透物与玻璃钢底材间存在的静电和机械咬合现象将明显增强二者之间的附着力[14]。1.6本课题研究的内容和意义2课题理论分析2.1涂装系统简介风力发电装置把自然界力量转化成我们可以使用的能量，它们同时也必须能够承受得了这一巨大力量。特别是转子叶片，给它们最佳保护方能让装置发挥最高效率。这对制造来说意味着：涂料系统必须按照具体的生产工艺度身定制。只有这样叶片才能长期发挥其全部作用。涂装工艺系统地应用在叶片上已有近二十年的历史了。今天基本所有的转子叶片都在各种涂层的保护下在各种风和气候状况下正常运转。风机叶片涂装工艺的长期研发和改进工作保证了这些涂料的功能可靠。这一成功的基础是国际实验室的研究成果以及从世界各地建造的风力发电装置上积累的丰富经验。本文作者在通过大量实验后的数据对比进行理论分析，找出最适合的涂装工艺系统。2.21.6涂装的目的玻璃钢叶片喷涂的目的与金属、木材等其它底材涂装并无原则上的区别，都是满足玻璃钢叶片对保护、装饰和特殊功能性的要求，达到延长使用寿命、美观、增加玻璃钢制品附加值的目的。但是与金属和木材底材涂装的不同之处在于，玻璃钢叶片基本不存在腐蚀问题，但同时出现了底材附着力差的问题。其次，玻璃钢叶片由于化学结构、加工方法和组成的多样性，又决定了其表面状态的多样性，这就增加了涂装中表面处理的难度。此外，由于风机叶片的大小各异，运行的风场条件不同，这样就给喷涂设计和涂料选择带来一定的困难。所以必须针对实际需要设计合理的工艺过程。2.3涂装对叶片的影响产品开发的焦点明确对准设备的持久力。一台风电装置的停工时间越短，发电量也就越大。涂装后的叶片能够提高叶片的质量，使得风机能够在原有基础上更长时间地运行。涂装后的叶片特点：极高的耐磨强度：表面保护层持久耐用；极高的弹性：把由于应力而导致裂缝的风险降低到最小；优异的紫外线稳定性：色调多年后保持不变；有益环境：它们满足挥发性有机物（VOC）指令；冷固化：节约能量及成本；防污作用：降低泥土沾污从而提高发电量；防冰作用：减少了表面结冰。正确选择涂料系统及相适应的涂装工艺是提高涂装性能的必要条件，现代涂料的研究已臻成熟，涂层附着力良好，耐候性及耐腐蚀性好。漆膜的附着力在叶片涂装工艺中起到至关重要的作用，本文作者对相关的涂料进行了油漆最为重要的漆膜附着力实验，选择出一种在玻璃钢叶片表面附着力最好的涂料。选择合适的涂料仅仅是获得良好附着力的前提条件，底材表面的预处理对涂料在其表面的附着起主要作用。本文就是针对叶片涂装工艺对叶片在特殊环境下诸如耐候性，抗紫外线，抗冲击性，抗腐蚀等方面进行研究和改进，找出最佳的涂装工艺。在叶片正确选择涂料和相应的涂装工艺后从而实现玻璃钢叶片良好的表面性能和其他功能，延长叶片的使用命，降低使用成本对于开拓玻璃钢在叶片领域的应用和充分发挥其优点具有重要意义。2.4涂装的基本流程目前有的叶片公司使用的涂装基本流程图2.4.1找气泡找气泡打磨叶片表面修补喷涂面漆在刮过的腻子处喷漆使用除油剂擦拭刮涂腻子打磨腻子图2.4.1涂装基本流程图通过实验与生产考查改进的流程图2.4.2打磨叶片表面找出气泡并刺破打磨叶片表面找出气泡并刺破刮涂大腻子修补大面积喷涂面漆打磨底漆及小腻子找出小气泡刺破刮涂小腻子固化完全后打磨腻子喷涂底漆图2.4.2涂装改进后流程图32涂装试验环境及涂料系统32.1涂装车间环境涂装工作，原则上要求在室内（涂装车间）实施。如果因没有室内涂装条件而只能在室外施工的，在每道油漆施工前，应首先彻底清除前道涂层表面的积灰和油污等其它污染物，并经现场油漆技术代表检查和认可，然后才能进行后道涂装施工。涂装车间是提供涂装作业专用环境的设备，可根据要求控制环境温度、湿度、照明、洁净度，保护操作者的安全卫生，有利于治理涂装作业的废物，减少环境污染。为了保证涂装质量，涂装车间一般要求温度在18～25℃范围内，相对湿度大约为65％。%。根据涂装质量要求，洁净度等级为1000～100000级。照明不低于300w0lx时能够保证操作时有良好的视野。空气运动方向应保证逸散漆雾与熔剂蒸汽不污染涂膜。涂装车间需要更好的通风效果，通常3.2涂装车间的设计应该确定合理的配置形式，。确定合理的喷漆室水平面空气平均流速。送风、排风系统合理匹配，保证喷漆室内微正压。水洗雾化喷嘴及管路应便于拆卸、更换及清理。气水分离沉降应充分且便于清理。3.3涂装实验所需工具设备辊子，高压喷枪，自动打磨机，腻子刀，防尘布，胶带纸,塑料箔等喷枪：口径0.8～1.0mm,枪空气压力0.30～0.35Mpa砂纸：40，60，80目3.4涂装实验所用材料大缝腻子：ALEXIT-Modellierspachtel491-21所相配的固化剂ALEXIT-Zusatz495-21针孔腻子：ALEXIT-Wischfüller491-20所相配的固化剂ALEXIT-Zusatz495-20砂纸：40，60，80目面漆：双组分聚氨酯：ALEXIT-Beschichtung498-85(topcoat)所相配的固化剂：ALEXIT-Härter405-71所相配的稀释剂：ALEXIT-Verdünner903-36底漆：双组分聚氨酯ALEXIT-Füllhaftgrund463-73所相配的固化剂ALEXIT-Härter405-73所相配的稀释剂ALEXIT-Verdünner901-453.52.2涂装车间劳动安全设计[1520]劳动安全问题，涉及到工艺过程能否有效实施，涂装设备能否有序运行，操作人员能否得到一个安全卫生的操作环境，从而最大限度地提高劳动生产率，获得较佳的经济效益。因此，高度重视和严肃认真地进行涂装车间劳动安全设计十分必要。3.5.1设计依据认真了解研究有关劳动安全方面的国家标准、部委标准，是搞好涂装车间劳动安全设计的前提，继而在设计中严格贯彻执行。这些设计依据即国家标准大致有以下几项[1621]。GBJ16—1987建筑设计防火规范（1997年版）；JBJ18—2000机械工业职业安全卫生设计规范；GB50058—19921992爆炸和火灾危险场所电力装置设计规范；GB6514—1995涂装作业安全规程涂漆工艺安全及其通风净化；GB7691—1987涂装作业安全规程劳动安全和劳动卫生管理；GB7692—1995涂装作业安全规程涂漆前处理工艺安全及通风净化；GB12367—19901990涂装作业安全规程静电喷漆工艺安全；GB15607—19951995涂装作业安全规程粉末静电喷涂工艺安全；GB14443—19931993涂装作业安全规程涂层烘干室安全技术规定；GB14444—19931993涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定。值得提出的是，随着科学技术的进步与发展，以上作为安全设计依据的国家标准也是在不断修改完善的。使其更切合实际，更具指导性。3.5.2设计原则设计原则即设计指导思想。涂装车间劳动安全设计指导思想正确与否，直接关系到劳动安全设计的好坏。因此劳动安全设计首先要有一个正确的认识和积极的指导思想，继而贯彻执行到具体设计中，决不能敷衍了事，涂装车间劳动安全设计原则如下:：世间一切事物中，人是最宝贵的，在企业中实行安全生产，保障职工安全健康，促进和发展生产是十分重要的。坚决贯彻执行预防为主，防治结合的方针，对一切危及人身安全与健康，危及国家财产安全的因素都要积极采取消除和防患措施[22]。2.3叶片涂料系统2.3.1涂料对玻璃钢粘附性的理论涂料的种类很多，选择玻璃钢和涂料体系，必须保证选择的涂料体系对玻璃钢有足够的附着力。要获得足够的附着力必须遵循一些基本原则：对底材要润湿；玻璃钢边界层要有足够的内聚强度；避免玻璃钢和涂料过渡层积累内应力等。底材的润湿程度可通过测定涂料润湿玻璃钢时的接触角来判定，接触角的大小可直接反映底材表面自由能的大小。接触角小，润湿性就好，表面能越低的底材越难润湿。为得到良好的润湿，常在涂料中加入有机硅偶联剂来降低液体涂料的表面张力[17,18]。选择合适的涂料仅仅是获得良好附着力的前提条件，底材表面的自然特性对涂料在其表面的附着起主要作用，玻璃钢底材的成型条件对其表面影响很大，如成型压力、温度、时间、固化时间等因素；玻璃钢叶片喷涂前所处的条件对附着力也有较大影响，例如温度、湿度、内应力以及表面光洁度[19]。内应力可以在叶片成型过程或修剪过程中形成。复合材料底材的结晶度越高，涂料在其表面的附着力越小。涂层附着力的大小与涂料扩散到玻璃钢底材内部能力的大小密切相关。涂料一旦渗透到玻璃钢底材中，渗透物与玻璃钢底材间存在的静电和机械咬合现象将明显增强二者之间的附着力。2.3.2涂料系统简介涂料系统是指在玻璃钢叶片在经过表面处理后，使用各种不同的、具有高性能的或某种特定功能的油漆对其表面进行修饰、保护或赋予新的功能，提高叶片表面的质量与竞争力，扩大其应用范围的一种工艺方法。涂料系统是玻璃钢叶片表面高质化和多能化的一种有效措施。一个为不同的生产过程度身定制并和谐的涂料系统，是转子叶片能够长期可靠工作的最佳保证。涂料系统通常按湿法涂层、预浸涂层和喷涂工艺等生产工艺进行具体调配。此外，每种系统还分成初级，中级和优级三个类别。初级：“初级”系统为保护转子叶片提供最基本的涂层结构。该系统主要关注于保护转子叶片边缘，低投资成本以及使用最简单的工具。中级：使用“中级”系统可以完好地保护全部的转子叶片，它的特点是高抗应力能力和优异性价比。在实际工作中仅需花费很少的工具费用就能够很快用于已有的生产工艺中。优级：“优级”系统用于针对工艺优化的高自动化转子叶片生产。它集完善的耐磨保护、安全可靠的使用技术以及优异的表面质量等于一体。这是可以适用于各种生产过程的最新涂料技术。湿法涂层：它仍然还是最广泛使用的涂层工艺，仅需要非常简单的辅助工具和低投资成本就可以很快落实。表2.1湿法涂层工艺三个等级试验分析表编号初级中级优级1把胶衣放入模具内（300－400μm）把胶衣放入模具内（300－400μm）把胶衣放入模具内（450μm）2放入EP层合板放入EP层合板放入EP层合板3把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂4使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷5使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm6喷涂配好的面漆最终涂2层2×40μm喷涂配置好的底漆350μm喷涂配置好的底漆350μm7最终喷涂面漆2层2×40μm最终喷涂面漆2层2×40μm总层厚380－480μm730－830μm880μm叶片边缘980－1080μm1330－1430μm1480μm结果加工时间短，需要的工具投资成本低，符合最低要求耐磨性高故寿命非常长，表面质量高从而降低能耗极高耐磨性，工艺安全可靠性好，非常高的表面质量预浸涂层：它是进行过工艺优化的涂层工艺，贴上浸渍过的织物垫。最吸引人的特点是，不用在模具内作业。表2.2预浸涂层三个等级试验分析表编号初级中级优级1放入EP层合板放入EP层合板放入EP层合板2把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂3使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷使用腻子修补缺陷4使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm5使用叶片胶衣做中间层60μm辊涂配置好的底漆200μm喷涂配置好的底漆350μm6使用面漆最终涂层2×40μm使用小缝腻子填补针眼使用小缝腻子填补针眼7使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm总层厚140μm280μm430μm叶片边缘740μm880μm1030μm结果工作步骤少，加工时间短，满足最低要求，需要的工具投资成本低耐磨性高，寿命非常长，良好的性价比极高的的耐磨性，非常高的表面质量，从而减少风力转换中的能量消耗，使用透明的底漆从而更好的检测叶片缺陷喷涂工艺：这是转子叶片制作的最新技术，是专为自动化负压下工作工艺提供专用的涂料系统。表2.3喷涂工艺三个等级试验分析表编号初级中级优级1放入EP层合板放入EP层合板把胶衣放入模具内450μm2把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂放入EP层合板3使用腻子修补可见缺陷使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm把叶片PS和SS面粘结起来，除去脱模剂4使用小缝腻子填补针眼辊涂配置好的底漆200μm使用腻子修补可见缺陷5使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm使用小缝腻子填补针眼使用特殊油漆保护LE边缘3×200μm6使用叶片胶衣做中间层60μm使用叶片胶衣做中间层60μm喷涂配置好的底漆350μm，使用小缝腻子填补针眼7使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm使用面漆最终涂层2×40μm总层厚140μm340μm880μm叶片边缘740μm940μm1480μm结果工作步骤少，加工时间短，满足最低要求，价廉物美的涂料系统耐磨性高，寿命非常长，良好的性价比极高的的耐磨性，非常高的表面质量，从而减少风力转换中的能量消耗，冷固化系统，从而模具占用时间更短3.5.3劳动安全措施涂装车间厂房必须严格按照《建筑设计防火规范》（2007年版）进行设计。与相邻厂房应有足够的防火间距，一般为10—15m；厂房泄压面积与厂房体积比（m2/m3）宜为0.05—0.22；涂装车间厂房宜单独设置，在联合厂房中宜在外侧，在多层厂房中宜在高层；涂装厂房应设置两个以上的外开门；厂房内外应由通畅的消防通道相连；厂房内，工艺设备布置整齐合理，尽量做到工艺流程顺，物流路线短，从设备布置上保障生产安全。涂装车间厂房设计完成后要经当地消防部门审查批准后方能施工，车间建成后必须通过消防部门验收后方可投入生产。涂装车间厂房如采用轻钢结构和彩板，室内钢梁，檀条均需涂刷经当地消防部门认可的防火涂料，达到二级防火等级。在车间内设置若干消火栓，并配有足够长度的水龙带和Φ19喷嘴，并在车间内设置若干磷酸铵盐干粉灭火器，从配置上确保车间生产安全。在涂漆区设置可燃气体浓度报警器和火灾自动报警及二氧化碳（或烟铬尽）自动灭火系统，一旦发生火情，该装置会自动切断设备电源，同时发出光声信号，30秒后自动喷压灭火药液。涂装车间内要进行全面通风换气，在顶部侧窗高度或屋面上安装轴流风机，从而保证车间内换气流动，不仅给操作人员以清洗安全的环境，还可控制车间内有机溶剂的浓度在100mg/m3以下，大大低于有机溶剂的爆炸下限，确保车间生产安全。在电气设计方面，除厂房进行防雷设计外，车间配电箱采用沉密式配电箱，车间内金属构件采用安全接地措施，喷漆室、烘干室进出口以外垂直和水平距离3m以内的电动门都要采用防爆电机驱动。在主要设备平台和地坑处都要设置安全扶梯和安全护栏，车间内设有明显色彩的安全通道（消防通道），值得注意安全的设备附近要标明警告提示。加强涂装车间劳动安全管理，做到专人负责，组织落实。并不断进行劳动安全知识教育和培训。严格执行国家和企业各项劳动安全和工业卫生的规定。3.5.4涂装车间存在的危险和改进措施分析涂装车间目前存在的危险，并采取方案尽最大可能减少危险，包括：改进工艺：去除危险物质；安装安全设施，如机器防护装置和排气通风设施；作为最后的手段，要求员工使用个人防护用品（PPE）以防止或减少侵害。3.5.5油漆存在的危险1）主要危害成分：苯

；2）主要特性：易燃、易爆、易挥发对人体有刺激作用

；3）侵入途径：呼吸道、皮肤

；4）远离火源，避免火灾事故的发生，一旦发生火灾，立即用周围的干粉进行灭火

；5）用天那水调配油漆时调配点10米内不得使用明火

；6）油漆不得放置于露天暴晒，用完后要及时将油漆桶桶盖盖好严禁将桶口敞开

；7）管理员要经常查看油漆储存点防止泄漏跑等现象的发生

；8）严禁将油漆桶倒放、卧放或与酸类化学品混放

；9）发生异常情况要即时通知公司领导或安全办，确保人身安全的条件下抢救工作

；10）作业车间或储存仓的电气设备必须防爆

。3.5.6油漆安全防护措施

1）进行油漆喷涂作业时必须佩戴防毒口罩

；2）加强作业车间的通风

；3）茶杯不可放於油漆作业车间或喝完水后应及时盖好杯盖

。3.5.7打磨的危害及防护打磨时的危害最主要是粉尘和噪音污染固需要一下防护措施：1）纱布口罩：主要用于防止空气中的有毒有害粉尘吸入人体，防尘口罩在规定的期限内使用如口罩上污物较多并有异味要及时更换

。2）防护眼镜：主要用于机械操作时粉尘伤眼，使用前要检查防护眼镜的可视度，如有模糊影响工作时要及时更换，防护眼镜使用后要放置于指定的地方防止镜片擦花

。3）防护手套：主要用于搬运、打磨等作业时避免被锋利的毛刺、菱角、刃口伤手，使用后要妥善保管如被水浸湿应及时晒干或更换。图3.5.7工人在进行打磨操作3涂装工艺研究4表面预处理工艺3.1涂装工艺流程叶片涂装工艺过程较复杂，涉及的因素较多，施工步骤要求严格。叶片胶衣（有时胶衣是在叶片成型前就涂在阴模上）；叶片表面打磨；刮涂叶片大缝腻子；打磨大缝腻子；喷涂底漆；检查小缺陷；刮涂小缝腻子；打磨底漆及小缝腻子；喷涂面漆。拟定了三个实验方案经反复多次实验对比，并经生产性考验，确定方案（3）实验结果见下表4：表3.1三种涂装工艺效果对比方案序号工艺流程效果1表面打磨－修补腻子－打磨腻子－修补小腻子－打磨小腻子－刷面漆漆膜附着力不强2表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－打磨底漆－刷涂面漆漆膜有缩孔，表面不平整，有凹凸3表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－修补小腻子－打磨底漆及小腻子－面漆漆膜附着力强，无缩孔，表面平整光滑方案序号工艺流程效果1表面打磨－修补腻子－打磨腻子－修补小腻子－打磨小腻子－刷面漆漆膜附着力不强2表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－打磨底漆－刷涂面漆漆膜有缩孔，表面不平整，有凹凸3表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－修补小腻子－打磨底漆及小腻子－面漆漆膜附着力强，无缩孔，表面平整光滑方案序号工艺流程效果1表面打磨－修补腻子－打磨腻子－修补小腻子－打磨小腻子－刷面漆漆膜附着力不强2表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－打磨底漆－刷涂面漆漆膜有缩孔，表面不平整，有凹凸3表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－修补小腻子－打磨底漆及小腻子－面漆漆膜附着力强，无缩孔，表面平整光滑表4：三种工艺对比经过三种涂装工艺涂装后的叶片在漆膜附着力，表面光洁度等比较后得出最佳的涂装工艺流程如下：叶片胶衣（大部分胶衣是在叶片成型前就涂在阴模上）；叶片表面打磨；刮涂叶片大缝腻子；打磨大缝腻子；喷涂底漆；检查小缺陷；刮涂小缝腻子；打磨底漆及小缝腻子；喷涂面漆。3.2涂料的选择3.2.1涂料涂装实验所需工具设备：氧化锌橡皮膏（GB.2771-81《医用橡皮膏》），猪鬃漆刷，观察灯：60W白色磨砂灯泡，E4倍放大镜，刀片，刮刀，容器若干；试样：分别按表3.2要求刷涂丙烯酸类和聚氨酯类涂料的五块规格为250mm×200mm样板，涂饰完工后至少10天，并达到完全干燥后，方可实验。试样表面应平整，漆膜无划痕、鼓泡等缺陷。表3.2五块样本要求样板序号前处理涂料类别1单体中浸泡环氧胶衣，聚氨酯类面漆2单体中浸泡环氧胶衣，丙烯酸类面漆3单体中浸泡环氧胶衣，丙烯酸类底漆，丙烯酸类面漆4单体中浸泡聚氨酯类底漆和面漆5单体中浸泡环氧胶衣，聚氨酯类底漆和面漆1）整个涂层体系对抗湿度后的附着力性能测试实验执行：叶片材料底板，喷完漆，放在热水里，煮50h。过了50h，叶片样板在20°°下放2天。然后做附着力划格试验，划格试验这种方法在国际上早已应用。。美国国家标准ANSI/ASTMD3359-87《用胶带试验测定附着力》规定了在涂膜上划X及划6条或11条正交切口的格子图形两种方法，将胶带贴在切口上撕下后评定附着力结果分0-5级50级最好，完好无损分级表格见表3.3表3.3分级标准等级说明0切割边缘完全平滑无一格脱落1在切口交叉处有少许涂层脱落，但交叉切割面积受影响不能明显大于5%2在切口交叉处或沿切口边缘有涂层脱落受影响的交叉切割面积明显大于5%，但不能明显大于15%3涂层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落和在格子不同部位或上部分全部剥落受影响的交叉切割面积明显大于15%但不能明显大于35%4涂层沿切割边缘大碎片剥落和一些方格部分或全部出现脱落。受影响的交叉切割面积明显大于35%但不能明显大于65%5剥落的程度超过4级具体实验操作：将刀片夹紧器中的刀刃沿着模板割槽在试验区域的漆膜表面切割出两组互相成直角的格状割痕，每组割痕都包括6条长为35mm，间距为2mm的平行割痕。所有切口应穿透到基材表面。在观察灯下，用4倍放大镜从各个方向仔细检查试验区域漆膜损伤情况，根据ANSI/ASTMD3359-87标准得出实验结果。实验结果：胶衣与底材和油漆层之间的附着力通过观察划分格子内的漆膜脱落，再根据表3.3分级标准得出表3.4。表3.4热水浸泡样板实验结果样板序号实验处理结果等级1热水浸泡50h漆膜硬度合格，漆膜脱落面积8%左右22热水浸泡50h漆膜硬度合格，漆膜脱落面积20%左右33热水浸泡50h漆膜脱落面积10%左右24热水浸泡50h漆膜硬度合格，漆膜少许脱落但脱落面积小于5%15热水浸泡50h漆膜硬度合格，漆层附着力极佳，无一格脱落02）整个涂层体系对化学抵抗力后的附着力性能测试实验执行：选用与上述样板中的第五块相同的涂料系统制备三块板。所用的介质：5%氯化钠、5%硫酸、机油。分别把这三块样板放入三种介质中浸泡，浸泡时间约24h，来测试在光泽度，色彩和硬度有无改变和附着力变化。实验结果：在观察灯下，用4倍放大镜从各个方向仔细检查试验区域漆膜损伤情况。对于机油及盐的腐蚀，在光泽和硬度上没有任何改变；在硫酸溶剂的腐蚀下，没有颜色的改变；在硫酸及氯化钠腐蚀试验后，，表面留有痕迹，，但物理性没有改变；在机油的附着情况下，光泽度增加。但整个实验过程中三个样板漆膜基本都无脱落情况，这说明三块样板的附着力都基本没有改变。3.2.2油漆的选择由上述实验可以选出聚氨酯成分的涂料体系，聚氨酯成分的油漆具有抗全天候，抗紫外线及抗腐蚀的作用。聚氨酯涂料可以快速固化干燥，固化干燥时间短可以适用快速的生产线流程。聚氨酯油漆的附着力强，无缩孔，表面平整光滑，漆膜硬度合格。3.3叶片表面打磨3.3.1打磨机分方形轨道式气动打磨机和偏心式打磨机。型号为LRB-IAS2的方形轨道式气动打磨机可以吸尘，主要用于打磨腻子层，可以保证腻子层平整，不易留下打磨机和砂纸痕迹。该打磨机平整性较好。型号为LEX150/3M的偏心式打磨机主要用于打磨涂层，它的打磨速率比较慢，振动较平稳，经它打磨出来的涂层比较细腻光滑，打磨中涂与底漆层非常好。常用的机械打磨机有圆盘式打磨机和双作用打磨机，又分为电动式打磨机和气动式打磨机，还有轨迹式打磨机和往复式打磨机。最常用的砂纸磨盘有5in、6in、8in（12.7cm、15.2cm、20.3cm）3种，砂纸类型实验采用的是40目，60目和80目。用双手把持打磨机手柄，先用80目砂纸打磨叶片整体表面，再用40目砂纸打磨大腻子，最后用60目砂纸打磨底漆及底漆。3.3.2当叶片合膜边补强完成后推入布置好的烘房内，烘干机往内吹60℃热风8小时使得叶片补强边固化完全。固化完全后就可以对叶片表面整体打磨了。将叶片的不平整之处打磨平整和找出并打磨掉气泡是此次打磨的主要目的。主要的打磨方法介绍如下：选用80目砂纸，将砂纸固定在打磨机上，将砂纸与打磨机中心对正压紧即可，但在压紧前一定要把中心对准。沿打磨机重心方向均匀施加中等程度的压力，不得急于求成而用力过猛，否则，打磨不好会磨断纤维，破坏结构强度。打磨时打磨机作前后往复的摩擦运动打磨，打磨行程为较长的直线。不要使打磨机作圆周运动，那样会在叶片表面留下明显可见的磨痕。要想达到最佳效果，应始终沿叶片外形线方向打磨。打磨过程中应充分注意露出的最高点，并以此最高点为准，多次用手摸出平整度加以修整。对于波浪形平面，打磨动作幅度可长些。打磨时，如果出现了结球现象就应及时更换砂纸，否则会堆积在一起划伤表面，并降低磨具的打磨效果。当叶片表面的刮痕基本消除后，可以停止打磨。粘性的砂纸粘贴在打磨机衬盘上。将其均匀涂开，把砂纸的中心与衬盘中心对正后，将砂纸紧压到衬盘上。如果用的是自粘贴砂纸片，只要将二者中心对正压紧即可，但在压紧前一定要把中心对准。打磨操作完成后立即把砂纸从衬盘上取下来，否则粘结剂凝固后砂纸与衬盘就会贴得很牢固。一旦粘牢，就要用抹布蘸溶剂将粘结剂溶解，才能取下砂纸。拟定了三个实验方案经反复多次实验，并经生产性考验，确定方案（3）实验结果见下表4：表4：三种工艺对比方案序号工艺流程效果1表面打磨－修补腻子－打磨腻子－修补小腻子－打磨小腻子－刷面漆漆膜附着力不强2表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－打磨底漆－刷涂面漆漆膜有缩孔，表面不平整，有凹凸3表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－修补小腻子－打磨底漆及小腻子－面漆漆膜附着力强，无缩孔，表面平整光滑方案序号工艺流程效果1表面打磨－修补腻子－打磨腻子－修补小腻子－打磨小腻子－刷面漆漆膜附着力不强2表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－打磨底漆－刷涂面漆漆膜有缩孔，表面不平整，有凹凸3表面打磨－修补腻子－打磨腻子－底漆－修补小腻子－打磨底漆及小腻子－面漆漆膜附着力强，无缩孔，表面平整光滑图3.1叶片整体打磨3.3.3打磨时的危害最主要是粉尘和噪音污染固需要一下防护措施：1）纱布口罩：主要用于防止空气中的有毒有害粉尘吸入人体，防尘口罩在规定的期限内使用如口罩上污物较多并有异味要及时更换。2）防护眼镜：主要用于机械操作时粉尘伤眼，使用前要检查防护眼镜的可视度，如有模糊影响工作时要及时更换，防护眼镜使用后要放置于指定的地方防止镜片擦花。3）防护手套：主要用于搬运、打磨等作业时避免被锋利的毛刺、菱角、刃口伤手，使用后要妥善保管如被水浸湿应及时晒干或更换。图3.2工人在进行打磨操作53.4叶片的腻子修补3.4.15.1叶片的修补玻璃钢叶片的缺陷（如气泡、裂纹、胶衣起皱、分层及小形穿孔），大都产生在糊制过程中，但破损则多发生在使用过程。修复前首先要检查损坏状态，确定修补程序，准备好需要的材料和工具，一般使用于本体相同的树脂，增强材料可用毡、粗纱和布等。然后按修补程序进行修补及打磨修整。对于气泡及裂缝，可分别用锉刀切开气泡和扩锉裂缝，再打磨机打磨，修补腻子，并使其液面高出修补面。固化后用打磨机磨平。对胶衣缺损的修补，损坏仅限于胶衣层时，铲除损伤表面，并连同损伤部位的周围打毛。然后用配好的腻子填补，固化后打磨。修补用的辅助材料及工具有：脱模材料（腊，聚酯薄膜、玻璃纸等）、砂纸、锉刀、砂轮机、磨光机、钢锯、电钻、清洗用溶解、腻子用填料、容器、称量用器具、毛刷、刮板、浸渍用毛刷、毛辊、剪刀、红外线灯、抛光（机）膏、手提式抛光机等等。对叶片表面的修补时，应选用与原制品色泽一致的树脂（在施工时应酌情留存），腻子的填料如滑石粉，钛白粉要色泽洁白。5.2叶片腻子腻子和胶接剂是玻璃钢成型和维修中不可缺少的材料，这只是一种大致划分，实际中它们常常是你中有我，我中有你。腻子（又名胶泥）本身也是一种胶接剂，而胶接剂的主要成分之一又是填料。在生产中一般都根据实际需要手工制作：腻子主要用途是做填充材料、胶接剂、补强式隔热材料、装饰材料[17]。成型过程中，由于玻纤增强材料所受压力和脱泡的不足，在胶衣与第一层玻璃纤维之间常会出现小气泡、鼓泡形式的空调，尤其会在制件弯角之处发生。对于外观要求较高的制作常需要以全面的涂饰工序来保证外观一致性。修补用腻子是玻璃钢叶片修补用的主要使用材料，主要包括聚酯树脂腻子、环氧树脂腻子或一些树脂涂料腻子。对于填补用腻子，要求其具有如下特性：1）良好的涂刮性、干燥（固化）性与打磨性；2）良好的填平性，收缩要小；3）对底材的附着力要好，腻子层应具用一定的机械强度；4）对需涂漆的制件，还要求对着漆吸收性药小，并与涂漆层有良好附着性。5.3实验用腻子配方3.4.2腻子施工的选用原则：腻子的品种较多且功能各异，而涂层材料所具有的配套性要求，使选用腻子的工作更为重要。腻子与底漆及面漆的配套性问题，实质上也就是极性的匹配问题。一般说，极性大的材料其分子的结合力也越大，反之，极性小的材料其分子的结合力则越小。其中合成树脂类涂料（如氨基和环氧底漆、腻子、面漆等）的极性就大，而油基类涂料（如脂胶、酚醛底漆、腻子、面漆等）的极性就小，还有一种类型涂料（如醇酸底漆、腻子、面漆等）的极性介于前两者之间。要点如下：1）要从涂料极性小来考虑其配套性。一般底漆、腻子、面漆三者之间的极性应以相近或基本相近为宜，由此可获得可靠的附着力和层间结合力。2）根据填充层的厚度和用途等来考虑所选腻子，一般分为填充型、中间型和刮（喷）涂型。填充型腻子适用于填补叶片表面上的较大凹陷或叶片补强边等。这种类型的腻子强度高、堆积性好，并且一次可刮较厚的涂层。而适中刮（喷）涂型腻子则适用于覆盖道痕、砂眼及构件表面上的较小的不平处。这种类型的腻子则适用于颗粒细腻、柔韧性好、易打磨和干燥后不变形等特点，但堆积性差。中间性腻子性能介于两者之部间。如果腻子选择得当，将会使叶片表面达到平滑、匀顺、细致的目的，涂装面漆后能使漆面丰满、光泽突出。3)根据叶片的不同选用不同的腻子。由于叶片本身成本比较贵固大多使用配比好的配套品牌腻子。主要使用的有三家公司的产品PPG,MANKIEWICZ和RELIUS,如PPG的A656/663多用途聚脂腻子、A659轻型聚酯腻子、A661标准聚酯腻子、A662/A668聚酯喷灰，美凯维奇的腻子ALEXIT-Modellierspachtel491-20,，ALEXIT-Modellierspachtel491-21和RELIUS的OLDODUR373-3615等。也可以根据客户对叶片所处的环境要求综合使用自己配置的腻子。另外在使用腻子前需按配方调拌均匀，为了减少空气对腻子的影响，尽量用力均匀在一个方向匀速转动。4)调置量不宜过大，否则会增加调制时间使腻子较早地硬化。以下两表是叶片腻子修补的实验配比：表5.3.15一般用腻子配方材料名称用量/质量份环氧树脂100固化剂40促进剂40滑石粉100～200表5.3.62实验对比较好的腻子配方材料名称用量/质量份聚氨酯100固化剂35促进剂45中空玻璃微珠100～200通过实验对比，表二的成份和配比与表一的相比更有优势表3.6的成份和配比与表3.5的相比更有优势，使得对于腻子的刮涂和打磨效果都优越。聚安酯基础成分，比过去的腻子所用的环氧树脂相比，固化后有良好的弹性，不脆不裂，用于填补叶片表面的针孔及其他表面缺陷。表二修补用的腻子表3.6修补用的腻子,其典型的应用是在树脂中加入中空玻璃微珠以取代部分碳酸钙、滑石粉等填料制成各种腻子，具有质量轻、附着力强、容易涂沫、低收缩性等优点,尤其是砂磨和抛光等加工性能显著提高。对空心微珠来说，灰尘是个问题，有趣的是，在后处理过程中，比如打磨，导致空心微珠的破坏形成的灰尘其密度同玻璃的一样，这样它便不会漂于空中而很容易地降落到地面上。这样会大大减少空气中粉尘含量过高的缺点。应当注意的是中空玻璃微珠的直径不宜过大,防止打磨后留下太大的针孔，同时要选择更加理想的级配，当然要根据树脂的粘度等因素来做适当的优化。表二的配方密度为表3.6的配方密度为1.3g/cm3，而表一配方为而表3.5配方为1.89kg/cm3左右，这迎合了叶片需求质量轻的特点。5.4腻子的选用原则腻子施工的选用原则。腻子的品种较多且功能各异，而涂层材料所具有的配套性要求，使选用腻子的工作更为重要。腻子与底漆及面漆的配套性问题，实质上也就是极性的匹配问题。一般说，极性大的材料其分子的结合力也越大，反之，极性小的材料其分子的结合力则越小。其中合成树脂类涂料（如氨基和环氧底漆、腻子、面漆等）的极性就大，而油基类涂料（如脂胶、酚醛底漆、腻子、面漆等）的极性就小，还有一种类型涂料（如醇酸底漆、腻子、面漆等）的极性介于前两者之间。要点如下：要从涂料极性小来考虑其配套性。一般底漆、腻子、面漆三者之间的极性应以相近或基本相近为宜，由此可获得可靠的附着力和层间结合力。根据填充层的厚度和用途等来考虑所选腻子，一般分为填充型、中间型和刮（喷）涂型。填充型腻子适用于填补叶片表面上的较大凹陷或叶片补强边等。这种类型的腻子强度高、堆积性好，并且一次可刮较厚的涂层。而适中刮（喷）涂型腻子则适用于覆盖道痕、砂眼及构件表面上的较小的不平处。这种类型的腻子则适用于颗粒细腻、柔韧性好、易打磨和干燥后不变形等特点，但堆积性差。中间性腻子性能介于两者之部间。如果腻子选择得当，将会使叶片表面达到平滑、匀顺、细致的目的，涂装面漆后能使漆面丰满、光泽突出。根据叶片的不同选用不同的腻子。由于叶片本身成本比较贵固大多使用配比好的配套品牌腻子。主要使用的有三家公司的产品PPG,MANKIEWICZ和RELIUS,如PPG的A656/663多用途聚脂腻子、A659轻型聚酯腻子、A661标准聚酯腻子、A662/A668聚酯喷灰，美凯维奇的腻子ALEXIT-Modellierspachtel491-20，ALEXIT-Modellierspachtel491-21和RELIUS的OLDODUR373-3615等。也可以根据客户对叶片所处的环境要求综合使用自己配置的腻子。另外在使用腻子前需按配方调拌均匀，为了减少空气对腻子的影响，尽量用力均匀在一个方向匀速转动。调置量不宜过大，否则会增加调制时间使腻子较早地硬化。5.5配制腻子的要点将未加固化剂的已混匀的聚氨酯和填料放在桶内按规定使用量添加固化剂。用搅拌棒充分搅拌，使其充分混合均匀。由于腻子为快速固化材料，需很好地预计用量与作业时间，决定混合量。以免一次混料过多，造成浪费。混腻子的容器可为金属桶或油漆桶等，可用丙酮或喷漆稀料清洗。配制腻子的要点:将未加固化剂的已混匀的聚氨酯和填料放在桶内按规定使用量添加固化剂。用搅拌棒充分搅拌，使其充分混合均匀。由于腻子为快速固化材料，需很好地预计用量与作业时间，决定混合量。以免一次混料过多，造成浪费。混腻子的容器可为金属桶或油漆桶等，可用丙酮或喷漆稀料清洗。5.6.1刮涂腻子的方式刮涂腻子的方式有满刮和软硬交替刮之分，其中满刮又分填刮和靠刮两种；软硬交替刮则有“先上后刮”和“带上带刮”之分[18]。填刮的目的是用较稠的腻子分若干次将构件表面凹陷填平。填刮时主要用硬刮具靠口上部有弹力的部位与手劲配合进行操作。靠刮所用的腻子稠度稍低，用于最后一、二次的刮涂，用来平滑表面的腻子。刮涂时靠硬刮具以刮口上部起主要作用，将腻子刮涂，使腻子刮得薄、刮得亮。软硬交替刮中的“先上后刮”，先将腻子逐一填满或挂平，然后再用硬刮将其硬具平整，适用于较大面积刮涂。“带上带刮”，即在边上腻子边将其收刮平整，适用于较小面积或形状较复杂部位的填满或挂平，然后再用硬刮将其硬具平整，适用于较大面刮涂。在刮垂直表面时，宜采用“软上硬收”，即先用软刮在垂直平面上刮挂腻子，然后再用硬刮具将腻子收刮平整，这样可使腻子不容易发生掉落现象。在刮涂有平面又有有曲面的表面时，宜采用“硬上硬收”法，即上腻子和收腻子都用硬刮具，使刮涂面平整。在刮涂单纯曲面表面时，宜采用“软上软收”法，即上腻子和收腻子时均采用软刮具，以利于按表面的图形刮出圆势来。在刮涂时应将刮具轻轻向下按压，并沿涂面的长轴方向运刮；每次涂刮腻子的量要适度，以免造成蜂窝和针孔；待上一道腻子达到半干状态时再涂刮下一遍。5.6.2涂刮腻子的要点如下：1）由于树脂腻子固化后有收缩，故需多刮一些。刮刀要倾斜45°左右使用。腻子软硬要适中，过硬易产生拉孔，过软易流挂。2）当中途用完腻子而追加腻子时，应稍从前面重新拉刮板。3）在圆角处涂刮腻子的速度要缓慢，以免形成空洞。4）涂刮腻子时应考虑打磨腻子人员的劳动强度。5.6.3刮涂腻子实验工序使用刮刀把腻子涂到叶片需要填补的地方。方法采用第一遍薄刮，再厚刮。刮涂层数：2层，隔层时间：5分钟自然干燥时间（20℃）不沾灰20分钟，不粘手：40分钟，实干：3－4小时h。之后40分钟到1小时后可打磨h后可打磨图刮好腻子的叶片5.6.4刮腻子施工程序第一道大腻子的刮涂的控制。：腻子施工中，第一道腻子的目的是为了填刮较大凹坑，用硬刮具刮涂。当使用自制油性腻子时要调制成较硬些，分若干次将构件表面凹坑填平，施工时只求刮平，不求光滑。操作中不能来回刮涂，以免腻子中孔隙被粘死，造成长期不干。腻子是聚酯腻子加固化剂调合而成，刮涂时可以较厚，不会出现不干现象。刮涂时，应使用刮刀与构件成60度°，并略成弧形涂刮。用手指甲检查腻子软硬程度，自制腻子一般隔夜后才干透。当腻子干透后，然后进行打磨（注意：打磨太早腻子会继续收缩，打磨太迟则因腻子过硬不易打磨）。3.5打磨大缝腻子大缝腻子的打磨，要等待腻子完全固化后进行。当腻子干透后，然后进行打磨（注意：打磨太早腻子会继续收缩，打磨太迟则因腻子过硬不易打磨）。一般采用40目砂纸。对刮过腻子的打磨以叶片流线形方向为主，横向打磨为副，来回幅度要长些。腻子打磨的要点：1）干磨砂布（纸）应在充分去除水分后使用。不应使用砂粒散落的砂布（纸），如用这种砂布（纸）会把其他部位划伤，反而使打磨效果变坏。2）打磨时不应有明显发热。3）打磨时要一边仔细看着打磨面，一边进行打磨。要巧妙利用手感和光线的反射与阴影。4）打磨动作要均匀平稳，并经常用手摸纵横面的平整性，要注意磨平腻子与叶片表面交接处的“口子”，同时对构件边缘残余腻子用打磨机将其磨光滑。5）对于局部补刮的腻子，打磨时要注意腻子层边缘的平整性，即腻子口要磨平，以防产生腻子层痕迹，并为第二道腻子的刮磨带来方便。图3.4打磨腻子3.6叶片底漆3.6.1叶片用的玻璃钢一般是半透明的，这就使得紫外线能够直接穿过玻璃钢叶片而作用于胶粘剂上,从而加速胶粘剂的老化,降低胶粘剂的粘接力,甚至造成粘接失败。因此,粘接前应在玻璃钢件上刷涂一层底涂来阻挡紫外线的照射。如果紫外线对玻璃钢件的穿透率小于15%,或者是可见光的穿透率不超过20%,在玻璃钢叶片的粘接部分刷涂底涂即可有效阻止紫外线对粘接剂的破坏。底漆层包括底漆、小腻子等。而合适的底涂层是面漆耐久、美观，如果底涂层不好，面漆的外观就会受到影响，甚至出现裂纹或剥落。叶片经过涂装前表面打磨处理后，考虑打磨引起的灰尘较多，通常都会用高压气枪清理叶片表面，首先还是得在粗糙处理后，使叶片表面与底漆之间增加