風(fēng)電葉片涂料拉伸性能的研究

鐘濟(jì)清，李 欣，李錦滔，彭金墩

（廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州510665）

目前，我國風(fēng)電行業(yè)在持續(xù)發(fā)展，風(fēng)電葉片涂料需求也隨之增長，激發(fā)了風(fēng)電葉片涂料的發(fā)展。前幾年，荷蘭的阿克蘇諾貝爾、美國的PPG、丹麥的海虹老人等國際涂料巨頭基本上壟斷了我國風(fēng)電涂料市場［1］，幾年來，我國風(fēng)電葉片涂料不斷攻破技術(shù)壁壘，技術(shù)上得到巨大的突破，逐步在風(fēng)電葉片涂料市場分一杯羹。不過，我們還需要不斷進(jìn)行技術(shù)更新，使風(fēng)電成本逐步降低，規(guī)模效益日益提高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速擴(kuò)張。

拉伸性能是高分子材料主要質(zhì)控指標(biāo)，涂料產(chǎn)品由于是混合物，標(biāo)準(zhǔn)對普通涂料產(chǎn)品不考察該項(xiàng)目。但對于風(fēng)電葉片涂料，風(fēng)機(jī)葉片在運(yùn)行過程中，葉片本身將發(fā)生一定的形變，因此要求葉片涂料本身具有一定的彈性，防止漆膜開裂、脫落。因葉片工作時表面低溫極限度為-40℃，因此，會對葉片涂層在常溫和低溫的延伸率進(jìn)行考量［2］。本文著重研究我國風(fēng)電涂料企業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)電葉片涂料初始狀態(tài)下的斷裂伸長率（常溫和低溫-40℃）和人工加速老化試驗(yàn)后的斷裂伸長率（常溫），引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)我國風(fēng)電葉片涂料發(fā)展。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

收集國內(nèi)三家知名風(fēng)電涂料廠家的試驗(yàn)樣品，由廠家制成涂料薄膜，編號為1 ～3。用沖刀沖切制成ISO 527-3:2018《塑料 拉伸性能的測定 第3 部分: 薄膜和薄板材試驗(yàn)條件》中規(guī)定的2 型試樣，尺寸為：150mm×25mm。每個編號樣品各裁18 條，初始狀態(tài)常溫、人工加速老化后和低溫-40℃三種拉伸各6 條。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

UTM4204 電子萬能試驗(yàn)機(jī)：深圳市科比試驗(yàn)設(shè)備有限公司；QUV-Spray 老化試驗(yàn)機(jī)：美國Q-Lab 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

初始狀態(tài)下的斷裂伸長率（常溫和低溫-40℃）和人工加速老化試驗(yàn)后的斷裂伸長率（常溫）三種拉伸試驗(yàn)依據(jù)ISO 527-3:2018，寬度：25mm，拉伸速度：50 mm/min，間距：50mm。拉伸試驗(yàn)前所有樣品均在溫度(23±2)℃、相對濕度(50±5)%的環(huán)境中狀態(tài)調(diào)節(jié)24h。

初始狀態(tài)下的斷裂伸長率（常溫）試樣裁剪和狀態(tài)調(diào)節(jié)后，直接在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)；初始狀態(tài)下的斷裂伸長率（低溫-40℃）試樣裁剪和狀態(tài)調(diào)節(jié)后，樣條先在-40℃的低溫箱中冷凍2h，然后立即上夾具關(guān)閉低溫箱門，待箱體溫度再下降到-40℃保持10min 后開始測試［3］。

人工加速老化后拉伸樣條試樣裁剪和狀態(tài)調(diào)節(jié)后；應(yīng)先根據(jù)ISO 16474-3:2013《色漆和清漆 實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第3 部分: 紫外熒光燈》中 1A 類方法1 進(jìn)行3000h 熒光紫外老化試驗(yàn)。待老化試驗(yàn)結(jié)束后，取出樣條狀態(tài)調(diào)節(jié)后，直接在電子萬能試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)。人工加速老化試驗(yàn)條件為：光源UVA-340 型，輻照度0.83W/(m2·nm)，光照60℃/4h，冷凝50℃/4h。

2 結(jié)果與討論

2.1 三組試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 編號1 試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖1、圖2、圖3 分別為編號1 試樣的初始狀態(tài)常溫、初始狀態(tài)低溫-40℃和人工加速老化試驗(yàn)3000h 后的拉伸曲線圖。

圖1 初始狀態(tài)常溫拉伸曲線Fig.1 Tensile curve at normal temperature in initial state

圖2 初始狀態(tài)低溫-40℃拉伸曲線Fig.2 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

圖3 人工加速老化試驗(yàn)3000h 后拉伸曲線Fig.3 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.2 編號2 試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖4、圖5、圖6 分別為編號2 試樣的初始狀態(tài)常溫、初始狀態(tài)低溫-40℃和人工加速老化試驗(yàn)3000h 后的拉伸曲線圖。

圖4 初始狀態(tài)常溫拉伸曲線Fig.4 Tensile curve at normal temperature in initial state

圖5 初始狀態(tài)低溫-40℃拉伸曲線Fig.5 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

圖6 人工加速老化試驗(yàn)3000h 后拉伸曲線Fig.6 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.3 編號3 試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖7、圖8、圖9 分別為編號3 試樣的初始狀態(tài)常溫、初始狀態(tài)低溫-40℃和人工加速老化試驗(yàn)3000h 后的拉伸曲線圖。

圖7 初始狀態(tài)常溫拉伸曲線Fig.7 Tensile curve at normal temperature in initial state

圖8 初始狀態(tài)低溫-40℃拉伸曲線Fig.8 Tensile curve at low temperature - 40℃ in initial state

圖9 人工加速老化試驗(yàn)3000h 后拉伸曲線Fig.9 Tensile curve after 3000h artificial accelerated aging test

2.1.4 三組試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果匯總

表1 是編號1 ～3 初始狀態(tài)常溫、初始狀態(tài)低溫-40℃和人工加速老化試驗(yàn)3000h 后的拉伸試驗(yàn)結(jié)果匯總。圖10、圖11 分別為試樣最大力、斷裂伸長率數(shù)值的柱形圖。

表1 三組試樣拉伸試驗(yàn)結(jié)果匯總Table 1 Summary of tensile test results of three groups of specimens

圖10 三組拉伸最大力數(shù)值柱形圖Fig.10 Three groups of numerical column chart of maximum tensile force

圖11 三組拉伸斷裂伸長率數(shù)值柱形圖Fig.11 Three groups of tensile elongation at break numerical column chart

2.2 結(jié)果討論

由表1、圖10、圖11 可知，斷裂伸長率越大的產(chǎn)品，其最大拉力就越低，這也符合高分子產(chǎn)品拉伸的性能特點(diǎn)，初始狀態(tài)常溫和低溫比較尤其明顯得出此結(jié)論，相同的試樣，也普遍符合此特征；與初始狀態(tài)常溫下斷裂伸長率相比，-40℃低溫下斷裂伸長率大幅度下降，DNV?GL 的風(fēng)電葉片涂料認(rèn)證要求初始狀態(tài)常溫和低溫-40℃斷裂伸長率≥10%，3 組試樣產(chǎn)品常溫下均遠(yuǎn)高于指標(biāo)要求，低溫拉伸斷裂伸長率雖能達(dá)到指標(biāo)值，但是已明顯降低，有兩個產(chǎn)品在臨界值附近，說明風(fēng)電涂料在低溫-40℃延展性較差；3000h 人工氣候老化試驗(yàn)后斷裂伸長率下降幅度不大，幅度在16% 左右。這三組風(fēng)電涂料產(chǎn)品都是聚氨酯膠衣和水性面漆的涂裝體系，具有強(qiáng)耐候性能，分子鏈在老化后長度縮短不大，運(yùn)動能力保持，延展性無明顯下降，表現(xiàn)為斷裂伸長率下降幅度不大。

3 結(jié)語

國內(nèi)三家風(fēng)電涂料企業(yè)的產(chǎn)品初始狀態(tài)下的斷裂伸長率（常溫和低溫）和人工加速老化試驗(yàn)后的斷裂伸長率（常溫）均能達(dá)到DNV?GL 的風(fēng)電葉片涂料認(rèn)證要求，不僅能在-40℃低溫下保持一定的延展性，還具有強(qiáng)耐候性能。今后企業(yè)可重點(diǎn)研究-40℃低溫下風(fēng)電葉片涂料的斷裂伸長率，攻破技術(shù)壁壘，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。