风电叶片涂料拉伸性能的研究

钟济清，李 欣，李锦滔，彭金墩

（广州合成材料研究院有限公司，广东广州510665）

目前，我国风电行业在持续发展，风电叶片涂料需求也随之增长，激发了风电叶片涂料的发展。前几年，荷兰的阿克苏诺贝尔、美国的PPG、丹麦的海虹老人等国际涂料巨头基本上垄断了我国风电涂料市场［1］，几年来，我国风电叶片涂料不断攻破技术壁垒，技术上得到巨大的突破，逐步在风电叶片涂料市场分一杯羹。不过，我们还需要不断进行技术更新，使风电成本逐步降低，规模效益日益提高，产业发展迅速扩张。

拉伸性能是高分子材料主要质控指标，涂料产品由于是混合物，标准对普通涂料产品不考察该项目。但对于风电叶片涂料，风机叶片在运行过程中，叶片本身将发生一定的形变，因此要求叶片涂料本身具有一定的弹性，防止漆膜开裂、脱落。因叶片工作时表面低温极限度为-40℃，因此，会对叶片涂层在常温和低温的延伸率进行考量［2］。本文着重研究我国风电涂料企业生产的风电叶片涂料初始状态下的断裂伸长率（常温和低温-40℃）和人工加速老化试验后的断裂伸长率（常温），引导生产企业提高产品质量，促进我国风电叶片涂料发展。

1 实验部分

1.1 试验材料

收集国内三家知名风电涂料厂家的试验样品，由厂家制成涂料薄膜，编号为1 ～3。用冲刀冲切制成ISO 527-3:2018《塑料 拉伸性能的测定 第3 部分: 薄膜和薄板材试验条件》中规定的2 型试样，尺寸为：150mm×25mm。每个编号样品各裁18 条，初始状态常温、人工加速老化后和低温-40℃三种拉伸各6 条。

1.2 试验设备

UTM4204 电子万能试验机：深圳市科比试验设备有限公司；QUV-Spray 老化试验机：美国Q-Lab 公司。

1.3 试验方法

初始状态下的断裂伸长率（常温和低温-40℃）和人工加速老化试验后的断裂伸长率（常温）三种拉伸试验依据ISO 527-3:2018，宽度：25mm，拉伸速度：50 mm/min，间距：50mm。拉伸试验前所有样品均在温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%的环境中状态调节24h。

初始状态下的断裂伸长率（常温）试样裁剪和状态调节后，直接在电子万能试验机上试验；初始状态下的断裂伸长率（低温-40℃）试样裁剪和状态调节后，样条先在-40℃的低温箱中冷冻2h，然后立即上夹具关闭低温箱门，待箱体温度再下降到-40℃保持10min 后开始测试［3］。

人工加速老化后拉伸样条试样裁剪和状态调节后；应先根据ISO 16474-3:2013《色漆和清漆 实验室光源曝露试验方法 第3 部分: 紫外荧光灯》中 1A 类方法1 进行3000h 荧光紫外老化试验。待老化试验结束后，取出样条状态调节后，直接在电子万能试验机上试验。人工加速老化试验条件为：光源UVA-340 型，辐照度0.83W/(m2·nm)，光照60℃/4h，冷凝50℃/4h。

2 结果与讨论

2.1 三组试样拉伸试验结果

2.1.1 编号1 试样拉伸试验结果

图1、图2、图3 分别为编号1 试样的初始状态常温、初始状态低温-40℃和人工加速老化试验3000h 后的拉伸曲线图。

图1 初始状态常温拉伸曲线Fig.1 Tensile curve at normal temperature in initial state

图2 初始状态低温-40℃拉伸曲线Fig.2 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

图3 人工加速老化试验3000h 后拉伸曲线Fig.3 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.2 编号2 试样拉伸试验结果

图4、图5、图6 分别为编号2 试样的初始状态常温、初始状态低温-40℃和人工加速老化试验3000h 后的拉伸曲线图。

图4 初始状态常温拉伸曲线Fig.4 Tensile curve at normal temperature in initial state

图5 初始状态低温-40℃拉伸曲线Fig.5 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

图6 人工加速老化试验3000h 后拉伸曲线Fig.6 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.3 编号3 试样拉伸试验结果

图7、图8、图9 分别为编号3 试样的初始状态常温、初始状态低温-40℃和人工加速老化试验3000h 后的拉伸曲线图。

图7 初始状态常温拉伸曲线Fig.7 Tensile curve at normal temperature in initial state

图8 初始状态低温-40℃拉伸曲线Fig.8 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

图9 人工加速老化试验3000h 后拉伸曲线Fig.9 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.4 三组试样拉伸试验结果汇总

表1 是编号1 ～3 初始状态常温、初始状态低温-40℃和人工加速老化试验3000h 后的拉伸试验结果汇总。图10、图11 分别为试样最大力、断裂伸长率数值的柱形图。

表1 三组试样拉伸试验结果汇总Table 1 Summary of tensile test results of three groups of specimens

图10 三组拉伸最大力数值柱形图Fig.10 Three groups of numerical column chart of maximum tensile force

图11 三组拉伸断裂伸长率数值柱形图Fig.11 Three groups of tensile elongation at break numerical column chart

2.2 结果讨论

由表1、图10、图11 可知，断裂伸长率越大的产品，其最大拉力就越低，这也符合高分子产品拉伸的性能特点，初始状态常温和低温比较尤其明显得出此结论，相同的试样，也普遍符合此特征；与初始状态常温下断裂伸长率相比，-40℃低温下断裂伸长率大幅度下降，DNV•GL 的风电叶片涂料认证要求初始状态常温和低温-40℃断裂伸长率≥10%，3 组试样产品常温下均远高于指标要求，低温拉伸断裂伸长率虽能达到指标值，但是已明显降低，有两个产品在临界值附近，说明风电涂料在低温-40℃延展性较差；3000h 人工气候老化试验后断裂伸长率下降幅度不大，幅度在16% 左右。这三组风电涂料产品都是聚氨酯胶衣和水性面漆的涂装体系，具有强耐候性能，分子链在老化后长度缩短不大，运动能力保持，延展性无明显下降，表现为断裂伸长率下降幅度不大。

3 结语

国内三家风电涂料企业的产品初始状态下的断裂伸长率（常温和低温）和人工加速老化试验后的断裂伸长率（常温）均能达到DNV•GL 的风电叶片涂料认证要求，不仅能在-40℃低温下保持一定的延展性，还具有强耐候性能。今后企业可重点研究-40℃低温下风电叶片涂料的断裂伸长率，攻破技术壁垒，进一步提高产品质量。