一种用于风机叶片保护的新型位阻胺涂料的研制

一种用于风机叶片保护的新型位阻胺涂料的研制

0国内风机叶片生产技术研究随着中国风力市场的扩大，风扇行业逐步进入快速发展阶段。国内外众多制造企业开始进入我国风能市场。除已经规模生产的新疆金风外,即将在我国建厂的企业不少于10家,其中包括Vestas、GE、Gamesa等国际风电巨头,同时还包括大连重型工业集团、东方汽轮机厂、北京万源工业公司、哈尔滨电机厂、哈尔滨飞机集团等国有大型企业。风机叶片是风力发电机的核心部件,造价约占整个设备的1/4~1/3。我国现有制造并销售叶片的工厂有天津LM与中航(保定)惠腾等。和世界上绝大多数叶片制造业一样,我国风机叶片都采用以玻璃钢为主要结构体的生产技术。由于风机所处的地域宽广,会遭遇到各种恶劣环境的影响,如风沙侵蚀、沿海的盐雾腐蚀、温差变化、紫外光辐射老化等。一般采用施工涂料来保护风机叶片表面,延长风机的工作年限。湖南湘江涂料集团公司针对风机叶片的使用现状,专门研制了一种用于风机叶片保护的聚天门冬氨酸酯涂料。1聚天门冬氨酸酯的合成聚天门冬氨酸酯涂料是近几年来在聚脲工业领域出现的一种新型脂肪族、慢反应、高性能双组分涂料,被称为第三代聚脲。该材料的A组分采用HDI三聚体,B组分采用聚天门冬氨酸酯,其结构式见图1。聚天门冬氨酸酯是近年来开发的一种新型位阻胺。早期它曾用作双组分高固体分PU体系的活性稀释剂,由于大多数胺在用于双组分涂料时,体系的反应速度太快以致难以控制(如聚脲材料的快速固化),而聚天门冬氨酸酯是空间位阻型脂肪族仲二胺,它与多异氰酸酯的固化反应的凝胶时间取决于聚天门冬氨酸酯的结构,采用不同结构的取代基X可以得到不同反应速度的聚天门冬氨酸酯衍生物。聚天门冬氨酸酯涂料属于脂肪族聚脲的范畴,它利用脂肪族异氰酸酯与聚天门冬氨酸酯反应生成,该反应不同于传统双组分聚氨酯涂料的羟基与异氰酸酯的反应,也不同于常规的喷涂脂肪族聚脲弹性体,而是综合了二者的优点,即反应不需要催化剂,并且在湿度较大的条件下,产品性能稳定,不容易发泡,又具有较长的施工期。聚天门冬氨酸酯聚脲的反应原理见图2。聚天门冬氨酸酯涂料与普通聚脲涂料的比较见表1。聚天门冬氨酸酯涂料在应用和性能上与双组分脂肪族聚氨酯涂料相近;由于它耐黄变,经常用作面漆。但它们也有明显的差异:聚天门冬氨酸酯涂料比传统的双组分脂肪族聚氨酯涂料有更高的固体分(70%~100%)、更高的膜厚(一次施工可达375μm)。又由于聚天门冬氨酸酯涂料比传统的脂肪族聚氨酯涂料固化速度快,因此它通常被应用在需要快速固化的场合,从而提高生产效率。表2为聚天门冬氨酸酯涂料与传统聚氨酯涂料的比较。聚天门冬氨酸酯涂料能形成一种高交联密度、耐磨且光泽高,颜色鲜艳的涂膜。涂膜既具有极高的表面硬度又具有良好的弹性、柔韧性、抗弯曲性能和卓越的物理力学性能,包括很好的拉伸强度、撕裂强度和表面硬度;涂膜同时具有突出的耐化学品性、耐磨性和耐冲击性。聚天门冬氨酸酯涂料既可作为单一的防腐涂层,直接喷涂在基材表面,也可作为其它芳香族聚脲、聚氨酯或聚氨酯脲的面漆。2天冬氨基丙烯酸涂料的开发2.1其他聚合物树脂固化剂:Desmodur3390(BAYER)、Desmodur3600(BAYER)、Desmodur3800(BAYER);树脂:DesmophenNH1220(BAYER)、DesmophenNH1420(BAYER)、DesmophenNH1520(BAYER);颜料:钛白R930(日本);填料:高岭土;溶剂:丁酯、MPA(巯基丙胺)等;助剂:EFKA2022、EFKA2722、OK500等。2.2ennnh140及固化剂试验中选用拜耳公司的DesmophenNH1520和DesmophenNH1420作树脂,用Desmodur3390、Desmodur3800作固化剂。按配方量称取聚天门冬氨酸酯树脂和部分溶剂,加入钛白粉,分散研磨至细度≤20μm,再加入溶剂和助剂,分散均匀,制得漆料。2.3固化剂配方基料配方:原材料质量分数/%填料5~15助剂2~5溶剂20~30固化剂配方:原材料质量分数/%溶剂15~25溶剂配方:丁酯∶MPA=3∶1(质量比)。3理想的防腐涂料涂膜聚天门冬氨酸酯涂料的特性如下:(1)该产品涂膜表干3h、实干24h,比其它传统涂料快、相对普通的聚脲涂料具有更好的可操作性;(2)该产品一次喷涂成膜厚度为100~200μm,为理想的防腐漆膜厚度,比其它传统涂料一次成膜厚,相对原来的聚脲涂料涂膜更薄;(3)能直接喷涂在经过处理的基材表面,作为单一的防腐装饰涂层;(4)涂膜具有很好的光泽度和表观效果;(5)涂膜具有极佳的保光、保色能力;(6)涂料具有极佳的防腐性能;(7)在小面积或者受条件限制的地区可使用刷涂施工,大面积可使用传统的喷涂设备施工,如无气喷涂等。我们开发的用于风电叶片保护的聚天门冬氨酸酯涂料的技术指标见表3。4施工时涂膜的保护作用风机叶片涂料的施工工艺如下:打磨→刮腻子→清理表面→施工聚天门冬氨酸酯涂料。聚天门冬氨酸酯涂料建议采用无气喷涂施工工艺,此时涂膜表面效果最好。每次施工湿膜厚不要超过250μm。涂料的复涂间隔:20min~48h。随着基材、表面外形、平整度以及施工条件的变化,覆盖率也会发生变化。普通的单涂层或双涂层,1kg涂料施工约3.5m2(200μm干膜厚),就能足够保护大多数表面。对于作为芳香族涂层的面漆,或者一般防腐使用,单涂层就足够了。5性能要求和性能优势国内风机叶片生产厂家一般采用胶衣来保护玻璃钢制品,但是胶衣的抗风沙性能不太好,因此需要使用涂料,其首要目的是为了解决雨雪风沙对风机叶片表面的冲击破坏问题。风机叶片涂料要求抗风沙,因此要有抗石击性能。抗石击性能是对整个涂层体系(即底漆+中涂+面漆)的机械性能,如硬度、韧性和相互间及对底材的附着力的一个综合评价。风机叶片时刻都有受到各类风沙、雨雪袭击的可能,所以抗石击性能是风机叶片涂料的一个十分重要的和非常严格的指标。影响其抗石击性能的因素也很多,它必须同时达到硬度、韧性适中,并与底、面漆具有良好的结合力,才可能具有良好的抗石击性能。聚天门冬氨酸酯涂料既具有极高的表面硬度又具有良好的弹性、柔韧性、抗弯曲性能和卓越的物理力学性能,包括很好的拉伸强度、撕裂强度和表面硬度,我们采用聚天门冬氨酸酯涂料、胶衣、聚氨酯涂料、聚脲涂料进行抗石击性能的对比试验,证明聚天门冬氨酸酯涂料具有良好的抗石击性能。聚天门冬氨酸酯涂料与风机叶片基材有良好的附着力,通过拉开法附着力实验,聚天门冬氨酸酯涂料在风机叶片玻璃钢和胶衣上的附着力都可以达到6MPa。好的附着力保证涂膜不会从基材上脱落,长久地保护风机叶片。其它性能,包括耐紫外线性能、耐湿热性能、耐盐雾性能、低温韧性(要求耐-50℃)等,聚天门冬氨酸酯涂料也能一一满足。聚天门冬氨酸酯涂料作为一种高功能的面层涂料,用于风机叶片保护,性能优势主要体现为以下几点:(1)环境友好型,高固体分涂料;(2)多种固化速度,施工简单,厚膜型;(