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風力發(fā)電機葉片輥涂質(zhì)量的影響因素研究

嘉峪檢測網(wǎng)        2024-09-13 15:23

引 言

 

為獲得更加穩(wěn)定、更高流速的風力資源,風力發(fā)電機一般都安裝于山頂、海邊、沙漠等風力資源豐富的地區(qū);此類地區(qū)雖然風力資源豐富,環(huán)境卻相對惡劣,不但紫外線強烈,還經(jīng)常遭受沙塵、雨雪、冰凍的侵襲。而現(xiàn)有兆瓦級風電機組葉片大多采用玻璃纖維增強的環(huán)氧復合材料制造。環(huán)氧復合材料雖然具有比重小、比強度高、抗疲勞性、耐腐蝕、減振降噪等優(yōu)點,卻難以長期經(jīng)受紫外線降解、雨雪沙塵磨蝕等破壞;因而現(xiàn)在大型風力發(fā)電裝備都采用高性能葉片涂料涂覆,增強對惡劣環(huán)境的抵抗能力,以滿足20 a 以上的設計使用壽命。涂層質(zhì)量的好壞決定了葉片的使用壽命,除涂層使用的涂料性能優(yōu)劣外,涂層的施工質(zhì)量也有很大影響。

 

與噴涂施工相比,輥涂施工更加經(jīng)濟環(huán)保,VOC減少約25 g/m², 涂料用量減少15%左右,同時可改善施工環(huán)境,減少對涂裝人員的身體傷害,而且可在輥筒后部連接加長桿,在施工時可長距離進行作業(yè),減少了搭建腳手架的麻煩,因而風電葉片的涂裝多數(shù)都采用輥涂施工。但如在生產(chǎn)過程中把握不好,輥涂施工易出現(xiàn)輥印、局部涂漆不勻、漆面粗糙等涂膜缺陷。本研究就影響葉片輥涂質(zhì)量的因素進行初步分析,以提高風電葉片的輥涂質(zhì)量。

 

1、 輥涂工具的種類

 

輥筒涂裝,是利用輥筒蘸取涂料在工件表面滾動獲得均勻涂膜的涂裝方法。采用不同的輥筒會涂刷出不同的效果。按材質(zhì)分常用的輥筒有羊毛輥筒、化纖輥筒、海綿輥筒等。按毛絨長度又分為長毛輥筒, 中毛輥筒和短毛輥筒。質(zhì)量好的輥筒毛面平整,無縫隙,無起包,無壓毛。輥筒的直徑在4~6 cm, 輥筒直徑由4 cm增大至6cm, 則蘸漆量增加50%以上;輥筒的長度有多種規(guī)格,葉片輥涂一般選擇8~10英寸(20~25 cm)左右的輥筒。

 

圖1 幾種常見材質(zhì)的輥筒

 

長毛輥筒毛長約20 mm, 吸漆量比短毛大,一次成膜厚,施工效率高,但施工后漆膜的紋理偏粗,形成大桔皮花紋,并且氣泡產(chǎn)生較多;中毛輥筒毛長約10 mm, 吸漆量較多,施工效果介于短毛與長毛之間;短毛輥筒毛長約7 mm,吸漆量相對較少,節(jié)省涂料,滾刷紋路細,施工后漆膜更為平滑。

 

海綿輥筒比絨毛類輥筒有更強的吸漆能力,適合于要求濕膜較厚的場合,而且海綿輥筒不易滴落漆液。海綿輥筒有不同直徑、不同密度的海綿包層可選,密度越高,則形成的漆膜紋路越綿密,漆膜越平整。

 

葉片涂料施工時常選擇彈性好、不掉毛、表面平整的優(yōu)質(zhì)毛料輥筒,采用長毛或中毛滾筒上漆,用短毛滾筒收漆和流平。使用海綿輥時選擇高密度聚氨酯海綿輥,可獲得較好的涂裝效果。

 

圖2 兩種不同絨毛長度的羊毛輥

 

2、輥涂方法

 

輥涂分上漆和收漆,上漆時將輥筒浸入漆料中, 可在料盤上滾動幾次使吸料均勻。先在水平方向上  將蘸漆后的輥筒按W形或M形輕輕地在工件上滾動, 將涂料大致地分布在被涂工件表面;注意調(diào)整輥涂時的壓力,初始時壓力稍輕,以防涂料溢出滴落;隨著輥筒上涂料的減少,逐漸加重壓力,增加上漆量。收漆時待輥筒上的涂料基本用完,此時先不蘸漆,而將輥筒在垂直方向滾動,把厚薄不均的涂料趕平,直至涂布均勻為止。最后一道涂裝時,輥子應按一定方向滾動,輥平后進行修飾,以免漆面出現(xiàn)雜亂輥印。

 

圖3 輥涂示例

 

3、影響輥涂外觀的因素

 

輥涂中常出現(xiàn)的涂膜缺陷有桔皮、縮孔、針孔等; 其中桔皮是最直觀的體現(xiàn),表現(xiàn)為桔皮花紋的立體感過強、顆粒粗大、甚至有露底的現(xiàn)象。影響輥涂外觀的因素也有很多,如施工黏度、溶劑的揮發(fā)梯度和溶解性能、涂料的表面張力、濕膜厚度、涂料的流變性和環(huán)境溫度等,其中涂料的流變性是重要的影響因素。

 

3.1 施工參數(shù)的影響

 

3.1.1施工黏度的影響

 

黏度影響涂料的流動與流平,是衡量涂料流動性的重要指標。輥涂所用涂料的黏度對涂膜的均勻性和涂膜厚度影響很大。首先黏度會影響漆膜厚度,輥涂時,高黏度涂料流動性差,不易流掛,上漆率更高,一次成膜厚度也更高;但施工黏度過高時,涂料更傾向于潤濕輥筒,收漆時工件上的涂料易被輥筒粘走, 導致漆膜反而變薄;低黏度涂料則上漆率低,一次成膜厚度稍低,可通過增加輥涂壓力,降低輥涂速度來提高漆膜厚度,但是可能會導致流掛的發(fā)生。

 

其次, 施工黏度影響漆膜流平,高黏度涂料由于流平性差, 施工后更易產(chǎn)生桔皮,嚴重時會出現(xiàn)明顯輥?。坏宛ざ韧苛鲜┕ち髌叫院?,外觀效果更好,流掛趨勢也更高。再有高黏度涂料施工后濕膜厚度高而流動性差, 濕膜中的氣泡難以上升至濕膜表面,容易造成起泡和縮孔。要注意的是,當施工黏度過低時,濕膜中的消泡劑易聚集為大顆粒,往往導致漆膜產(chǎn)生縮孔。一般的葉片輥涂施工黏度控制在50~80 s。

 

3.1.2濕膜厚度的影響

 

在相同的黏度下,濕膜越厚,越易流平,這是因為漆膜的表干主要受到體系中溶劑的揮發(fā)影響,濕膜較薄時,其中的溶劑迅速揮發(fā),導致體系黏度快速升高,從而失去流動性;而濕膜越厚,所含溶劑越多,同時也延長了涂層中溶劑的蒸發(fā)時間,因而更厚的濕膜有利于保持更長的流動時間;但是隨著濕膜厚度的增加,涂層內(nèi)部待揮發(fā)溶劑也在不斷增加,特別是低揮發(fā)性溶劑在漆層內(nèi)部聚集,有可能形成氣泡、針孔等缺陷。根據(jù)GB/T 31817—2015《風力發(fā)電設施防護涂 裝技術規(guī)范》的要求,葉片一道涂層的干膜厚度在 60~120 μm,對應濕膜厚度可能在90~180 μm。當設計干膜厚度>80 μm,濕膜厚度>120 μm 時,建議分兩遍施工,第一遍表干后再進行第二遍施工,可減少氣泡、針孔等缺陷的形成。

 

3.1.3輥涂工藝的影響

 

輥涂時每次施工區(qū)域的寬度大約在輥筒長度的4倍,并使輥筒寬度的1/3左右重疊,以免涂膜交合處形成明顯輥痕。在上漆至輥筒上涂料剩下1/3左右時, 即可開始收漆,將上完的漆料展平,同時對出現(xiàn)的流掛、露底等缺陷處進行處理;收漆與上漆之間時間間隔不宜過長,否則濕膜黏度升高,桔紋難以流平。輥涂時也不要在一處來回反復輥涂,以免帶入較多氣泡。一般可以兩至三人一組,一人負責上漆,一人負責收漆,可以再安排一人負責精細找平。

 

3.1.4溫度的影響

 

施工時應嚴格控制施工環(huán)境溫度,因為環(huán)境溫度直接影響溶劑揮發(fā)速度,從而對流平及流掛產(chǎn)生重要影響。環(huán)境溫度過高時,溶劑揮發(fā)加快,濕膜黏度短時間內(nèi)顯著上升,涂膜表干時間縮短,流平性變差而產(chǎn)生桔皮;環(huán)境溫度過低時,涂膜干燥速度減慢,表干時間延長,濕膜流平時間過長,此時發(fā)生流墜或流掛的趨勢加重。一般適宜的施工環(huán)境溫度在20~25 ℃, 當環(huán)境溫度<20℃時,就要減少涂料及稀釋劑中慢干溶劑的用量,避免流掛現(xiàn)象的發(fā)生。

 

3 . 2涂料配方影響

 

3.2.1涂料體系流變性的影響

 

輥涂施工對涂料的流變性能要求較高,體系的流變應該介于空氣噴涂與高壓無氣噴涂之間。與空氣噴涂相比,輥涂一道的厚度遠高于空氣噴涂,因而輥涂涂料需要具有比空氣噴涂更高的流變性;與高壓無氣噴涂相比,一次成膜厚度接近,但與高壓無氣噴涂的高速剪切速率不同,輥涂施工是以低速剪切為主,要求涂料更適應純剪切和簡單剪切的流動。涂料的流變性越強,表現(xiàn)出體系的黏度恢復越快,體系結構恢復時間越短,流平性越差。相同施工黏度下,隨著體系流變性的增強,漆膜呈現(xiàn)圖4的表面狀態(tài)。

圖4  不同流變性涂料的輥涂外觀

 

3.2.2溶劑揮發(fā)速率的影響

 

溶劑的揮發(fā)速率首先會影響體系黏度,通過控制體系的溶劑揮發(fā)速率,可調(diào)節(jié)濕膜的表干與流平;添加一定量的高沸點溶劑,有助于保持濕膜的低黏度狀態(tài),延長濕膜開放時間,獲得適宜的流平性。其次,通過調(diào)節(jié)溶劑的揮發(fā)速率,使?jié)衲ぶ懈呷芙饬Φ恼嫒軇?始終保持一定的比例,可避免干燥后期濕膜中低溶解力的稀釋劑過多,黏度發(fā)生突變性的升高,而是處于平衡增長的狀態(tài)。這些都可降低漆膜起泡的趨勢,同時有利于收漆操作,有更長時間對流掛、露底等缺陷進行處理。

 

3.2.3消泡劑影響

 

輥涂時,輥筒上的涂料隨著輥筒的旋轉(zhuǎn)涂覆至工件上,涂料中的氣泡以及輥筒旋轉(zhuǎn)夾帶的空氣會進入濕膜中,這些氣泡若未在濕膜表干前,上升至濕膜表面并破泡,則形成氣泡或針孔等涂膜缺陷7。輥涂型 涂料與空氣噴涂型涂料相比,施工黏度和體系流變性都更高,其濕膜內(nèi)的氣泡不易向表面遷移擴散,因而消泡更加困難, 一般需要添加強硅類的脫泡、消泡助劑。而為獲得較好的消泡效果,消泡劑的表面張力一般低于涂料的表面張力,因而在制漆時消泡劑需要經(jīng)過充分的分散,否則輥涂時易產(chǎn)生縮孔;此外消泡劑過量使用也會導致縮孔產(chǎn)生。

 

4、結語

 

采用輥涂工藝可以節(jié)約涂料,減少排放,且施工中無明顯漆霧飛濺,已成為風力發(fā)電機葉片涂裝的首選工藝。但輥涂漆膜外觀不及噴涂漆膜平整均勻。 輥涂時通過選擇合適的工具,控制好施工工藝參數(shù),制得平整均勻的涂膜,有利于提高風力發(fā)電機葉片的使用壽命。

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來源:涂層與防護

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