风电机组叶片涂装要求及质量控制
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Carboline 等公司在叶片涂装和防护有多年的经验，其涂
摘 要：风电叶片是风电机组的核心部件之一，主
料产品体系各具特点，本地的叶片涂料制造商也在逐步开 发生产符合我国叶片涂装和使用要求的涂料系统，并渐成 规模。叶片保护涂层设计依据的标准有：ISO 12944 中的 1~8 部分、以及相关的涂料产品国家或行业标准。
表 5 叶片面漆参考指标
项目 容器中的物料状态 不挥发物含量/%，≥ 细度/µm，≤ 干燥 时间 表干/h，≤ 实干/h，≤ 技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易搅拌成均匀液体 63 35 2 24 1 50 0.03 0.6 6 5~15 重涂无障碍 1 不起泡、 不开裂、 不脱 层，允许 1 级变色、1 级失光和 1 级粉化 DIN EN ISO 175 GB/T 1728 GB/T 1731 GB/T 1732 ISO 7784 GB/T 1730 ISO 4624 GB/T 9754—1988 检测方法 目测 GB/T 1725—2007 GB/T 1724
表面涂饰
Surface Finishing
风电机组叶片涂装要求 及质量控制
Coating Application Demands and Quality Control of Wind Turbine Blade
武莉萍 ，苏春海 ，薛芳
1 2 3
(1.连云港中复连众复合材料集团有限公司，江苏连云港 222006；2.全国涂料和颜料标准化 技术委员会 国家涂料质量监督检验中心，江苏常州 213016；3.江苏普兰纳涂料有限公司， 江苏常州 213022)
项目 物料状态 线形收缩率/%，＜ 不挥发分/%，≥ 稠度 吸水率/%，＜ Shore D 硬度，≥ 柔韧性/mm，＞ 耐冲击性/cm，＞ 可涂刮时间/min，≥ 附着力(拉开法)/MPa 技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易涂刮粘稠液体 1 96 9~12 (与固化剂混合后) 1 70 50 30 15 单个测试值≥6， 平均值＞8 ISO 4624 GB/T 1725—2007 GB/T 1749 DIN EN ISO 175 ASTM D-2240 GB/T 1748 GB/T 1732 检测方法 目测
3 涂层体系要求
以下是典型的风电叶片防护涂料配套体系，这些涂层 体系都是为达到长久耐用的目的而专门设计的。 方案一：聚氨酯涂料配套。包括聚氨酯的大灰、聚氨 酯小灰、聚氨酯底漆、聚氨酯面漆。 方案二：环氧+聚氨酯体系。包括环氧大灰、环氧小 灰、环氧底漆、聚氨酯面漆。 涂料配套体系要求见表 1。
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涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts
6.2 涂装要求
6.2.1 施工环境要求 施工环境包括温度和湿度两方面因素。 (1) 温度 当施工温度过低，涂料黏度较高，涂装时需要加入较 多的稀料，易产生流挂，一次成膜较薄，增加了涂装的工 作量；另外，涂装环境温度过低时，涂膜固化时间延长或 者是不能完全固化，固化过程中易受降雨、凝露等天气情 况的影响，不能达到涂膜应有的性能。 当温度过高时，溶剂挥发太快影响涂膜的干燥和流平 性能，容易出现针孔、橘皮等缺陷。 (2) 湿度 湿度过大会严重影响漆膜的干燥和成膜性能。 叶片涂装前表面必须干燥。 6.2.2 涂装 涂料首先需要充分搅拌均匀，之后按照产品的说明准 确加入配套材料，然后充分搅拌均匀后方可施工，推荐采 用气动搅拌装置。混合好的涂料按照产品说明书的规定熟 化。大面积喷涂宜采用高压无气喷涂施工，小面积以及复
处于动态的特性，对丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆要充分考虑 耐候性、表面的耐磨性(抗风沙等)、吸水性以及耐雨水冲 刷的要求，可参考表 5 的项目和指标。
表 3 叶片小灰产品的技术指标
项目 物料状态 线形收缩率/%，＜ 不挥发分/%，≥ 稠度 吸水率/%，＜ 可涂刮时间/min， ≥ 技术指标 灰色，无异物，无硬块， 易涂刮粘稠液体 1 96 12~16(与固化剂混合后) 1 10 GB/T 1725—2007 GB/T1749 DIN EN ISO 175 检测方法 目测
7 结语
风电叶片涂装用长效防护涂料体系根据 ISO 12944 标 准设计获得，对涂装过程各环节应进行严格质量控制，才 能确保整个涂层体系的防护效果。国内相关部门应尽快制 定风电叶片涂料的产品标准，以满足快速发展的风电行业 的需要。
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耐柔韧性/mm
4.2 叶片小灰
叶片小灰专门用于风电叶片基材表面以及叶片大灰 打磨后毛细孔和砂眼的批刮，用量较少，但对于叶片的保 护起着非常关键的作用。叶片行业对叶片小灰产品的要求 如表 3 所示。
耐冲击性/cm，≥ 耐磨性(1 000 r/ 1 000 g)/g，≤ 摆杆硬度，≥ 附着力/MPa，≥ 光泽(60°) 重涂性 吸水率(24 h 和 168 h)/%，≤ 人工加速老化 (2 000 h)
表面涂饰
Surface Finishing
表 1 涂料配套体系要求
层数 叶片 大灰 叶片 小灰 底漆 面漆 总膜厚 涂料名称 聚氨酯叶片大灰/ 环氧大灰 聚氨酯叶片小灰/ 环氧小灰 聚氨酯底漆/环氧底漆 聚氨酯面漆 80～140 µm/200~250 µm 80～140 µm 160～280 µm/280~390 µm(不含 大、小灰) 干膜厚度 0~6 mm
杂形状可采用空气喷涂或滚涂施工；不易喷涂到的部位应
6 工艺要求
6.1 表面处理
风电叶片经由模具加工制备而成，表面有砂眼或是带 有脱模剂。表面处理不好会严重影响涂装质量，如引起涂 层的附着力不良等，因此叶片的表面必须经过严格彻底的 表面处理，才能够充分发挥涂料的保护功能。 叶片的表面处理，主要包括打磨和除油两个步骤。
要采用环氧玻璃钢复合材料，要求使用寿命达 20 a，需要进行重点涂装保护。高效的防护效果取决 于防护涂层的设计、表面处理、涂装工艺、涂料质 量及涂层质量的控制等。 简要介绍叶片典型的涂装 体系以及涂装质量、涂料质量的控制。 关键词： 风电机组叶片涂装； 涂装体系； 涂装工艺； 质量控制
1 腐蚀环境以及保护期
采用滚涂法进行预涂装或第一道底漆后补涂。按照设计要 求和材料工艺进行大灰、底涂和面涂施工。每道涂层的间 隔时间需符合材料供应商的有关技术要求。超过最大重涂 间隔时间时，进行打磨处理后涂装。 6.2.3 现场涂层要求 (1) 外观 涂膜表面应平整、色泽均一，漆膜厚度均匀，没有气 孔、开裂、流挂、发白等明显的表面缺陷。 (2) 厚度 施工中随时检查湿膜厚度以保证干膜厚度满足设计 要求。干膜厚度采用“85－15”规则判定，即允许有 15% 的读数可低于规定值，但每一单独读数不得低于规定值的 85%。涂层厚度达不到设计要求时，应增加涂装道数，直 至合格为止。每道涂层的干膜厚度不应超出油漆生产商所 规定的最大膜厚。 (3) 附着力 附着力试验采用拉脱式涂层粘结强度测定仪测定(拉 拔法)，涂层体系附着力不小于 8 MPa。允许 30％测定点附 着力低于要求，但测定点最低值不能小于 6 MPa。此试验 不推荐在叶片上进行测试，建议在 GFRP 的试板上进行。
#
技术指标 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起泡、不开裂、不脱层，允许 1 级变色、1 级失光和 1 级粉化 不大于 12 mm 单个测试值≥6 MPa，平均值＞8 MPa
检测方法 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 ISO11341 ISO 1519 ISO 4624
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要评定依据为涂层的变色、保光率、褪色等。
2 涂料供应商与施工单位的基本要求
涂料供应商与涂料使用单位应具备相应的质量、环境 和产品相关认证证书，这是保证工程安全和质量的基本要 求。施工人员应具备准确操作的施工能力，关键施工工序 (喷漆、质检)的施工人员应获得涂装中级工及以上证书， 特种作业人员应具备相应资格。
风电叶片表面直接与大气自然环境接触，经受日晒、 风吹、 雨淋， 甚至苛刻的海洋腐蚀环境， 根据 ISO 12944—2 《腐蚀环境分类》规定，叶片表面处于 C5-I 和 M 腐蚀环 境，保护等级为“长期”，寿命一般要求在 20 a 以上，主
0 引言
为了应对全球气候变暖，世界上主要国家都在积极开 发利用新的能源，风能作为清洁和可再生能源，是人类的 必然选择之一。中国有很好的风能条件，仅陆地上的风能 储量就有约 2.53 亿 KW，开发利用潜力巨大。目前中国的 风电市场处于起步阶段，据国家发改委和能源局正在制定 的风电发展规划， 预计 2010~2020 年平均每年新增风电装 机容量 15 000 MW，新安装风电机组以 MW 级为主，MW 级 叶片需求旺盛，成为主流。 风电机组要求很长的使用寿命， 一般要求为 20 a 以上。 现有 MW 级风电机组叶片为玻璃纤维增强环氧复合材料， 环氧树脂具备优异的粘接性能，同时冲击韧度可达 255 kJ/m ，防腐性能优异，但是耐候性能差，为充分保证风电 机组的使用寿命，叶片的涂装防护尤为重要。优质的防护 效果取决于防护涂层的设计、玻璃钢基材的表面处理，合 理的涂装工艺，涂料的质量以及有效的涂层质量控制等多 方面因素。欧洲的涂料制造商如 Mankiewicz、Relius、
4.3 聚氨酯叶片底漆
叶片底漆的技术要求见表 4。
4.4 叶片面漆
鉴于风电叶片保护的持久性以及风电机组使用过程
ISO 11341
涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts
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表面涂饰
Surface Finishing
5 涂层体系性能要求
叶片复合涂层的技术要求如表 6。
项目 物料状态 细度/µm，≤ 摆杆硬度，≥ 柔韧性/mm 耐冲击性/cm，≥ 不挥发分/%，≥ 附着力(拉开法)/MPa
技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易搅拌成均匀液体 50 0.6 1 50 65 单个测试值≥6， 平均值＞8
检测方法 目测 GB/T 1724 ASTM D-2240 GB/T 1748 GB/T 1732 GB/T 1725—2007 ISO 4624
4 涂料性能要求
根据风电叶片的使用特点，以及德国 GL 船级社汇聚 多年风电认证经验总结的技术要求，风电叶片涂料要求具 备如下的技术性能。
表 4 叶片底漆的技术要求
4.1 叶片大灰
叶片大灰主要用于修正叶片基材表面的坑凹不平，以 提供平滑的表面，风电叶片行业对叶片大灰产品的要求如 表 2。
表 2 风电叶片行业对叶片大灰产品的要求
表 6 叶片复合涂层的技术要求
项目 耐油性(90 汽油，4 h) 耐液压油(4 h) 耐酸性[H2SO4 (1 mol/L)，240 h] 耐碱性[NaOH(10 g/L)，96 h] 耐海水性(96 h) 人工加速老化实验(2 000 h) 弯曲实验/mm，≤ 24 h 于 23 ℃/50% RH GFRP 底材 附着力 (拉开法) 耐盐雾(ISO 9227)720 h 连续凝露(ISO 6270)480 h
摘 要：风电叶片是风电机组的核心部件之一，主
料产品体系各具特点，本地的叶片涂料制造商也在逐步开 发生产符合我国叶片涂装和使用要求的涂料系统，并渐成 规模。叶片保护涂层设计依据的标准有：ISO 12944 中的 1~8 部分、以及相关的涂料产品国家或行业标准。
表 5 叶片面漆参考指标
项目 容器中的物料状态 不挥发物含量/%，≥ 细度/µm，≤ 干燥 时间 表干/h，≤ 实干/h，≤ 技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易搅拌成均匀液体 63 35 2 24 1 50 0.03 0.6 6 5~15 重涂无障碍 1 不起泡、 不开裂、 不脱 层，允许 1 级变色、1 级失光和 1 级粉化 DIN EN ISO 175 GB/T 1728 GB/T 1731 GB/T 1732 ISO 7784 GB/T 1730 ISO 4624 GB/T 9754—1988 检测方法 目测 GB/T 1725—2007 GB/T 1724
表面涂饰
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风电机组叶片涂装要求 及质量控制
Coating Application Demands and Quality Control of Wind Turbine Blade
武莉萍 ，苏春海 ，薛芳
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(1.连云港中复连众复合材料集团有限公司，江苏连云港 222006；2.全国涂料和颜料标准化 技术委员会 国家涂料质量监督检验中心，江苏常州 213016；3.江苏普兰纳涂料有限公司， 江苏常州 213022)
项目 物料状态 线形收缩率/%，＜ 不挥发分/%，≥ 稠度 吸水率/%，＜ Shore D 硬度，≥ 柔韧性/mm，＞ 耐冲击性/cm，＞ 可涂刮时间/min，≥ 附着力(拉开法)/MPa 技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易涂刮粘稠液体 1 96 9~12 (与固化剂混合后) 1 70 50 30 15 单个测试值≥6， 平均值＞8 ISO 4624 GB/T 1725—2007 GB/T 1749 DIN EN ISO 175 ASTM D-2240 GB/T 1748 GB/T 1732 检测方法 目测
3 涂层体系要求
以下是典型的风电叶片防护涂料配套体系，这些涂层 体系都是为达到长久耐用的目的而专门设计的。 方案一：聚氨酯涂料配套。包括聚氨酯的大灰、聚氨 酯小灰、聚氨酯底漆、聚氨酯面漆。 方案二：环氧+聚氨酯体系。包括环氧大灰、环氧小 灰、环氧底漆、聚氨酯面漆。 涂料配套体系要求见表 1。
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6.2 涂装要求
6.2.1 施工环境要求 施工环境包括温度和湿度两方面因素。 (1) 温度 当施工温度过低，涂料黏度较高，涂装时需要加入较 多的稀料，易产生流挂，一次成膜较薄，增加了涂装的工 作量；另外，涂装环境温度过低时，涂膜固化时间延长或 者是不能完全固化，固化过程中易受降雨、凝露等天气情 况的影响，不能达到涂膜应有的性能。 当温度过高时，溶剂挥发太快影响涂膜的干燥和流平 性能，容易出现针孔、橘皮等缺陷。 (2) 湿度 湿度过大会严重影响漆膜的干燥和成膜性能。 叶片涂装前表面必须干燥。 6.2.2 涂装 涂料首先需要充分搅拌均匀，之后按照产品的说明准 确加入配套材料，然后充分搅拌均匀后方可施工，推荐采 用气动搅拌装置。混合好的涂料按照产品说明书的规定熟 化。大面积喷涂宜采用高压无气喷涂施工，小面积以及复
处于动态的特性，对丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆要充分考虑 耐候性、表面的耐磨性(抗风沙等)、吸水性以及耐雨水冲 刷的要求，可参考表 5 的项目和指标。
表 3 叶片小灰产品的技术指标
项目 物料状态 线形收缩率/%，＜ 不挥发分/%，≥ 稠度 吸水率/%，＜ 可涂刮时间/min， ≥ 技术指标 灰色，无异物，无硬块， 易涂刮粘稠液体 1 96 12~16(与固化剂混合后) 1 10 GB/T 1725—2007 GB/T1749 DIN EN ISO 175 检测方法 目测
7 结语
风电叶片涂装用长效防护涂料体系根据 ISO 12944 标 准设计获得，对涂装过程各环节应进行严格质量控制，才 能确保整个涂层体系的防护效果。国内相关部门应尽快制 定风电叶片涂料的产品标准，以满足快速发展的风电行业 的需要。
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涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts
耐柔韧性/mm
4.2 叶片小灰
叶片小灰专门用于风电叶片基材表面以及叶片大灰 打磨后毛细孔和砂眼的批刮，用量较少，但对于叶片的保 护起着非常关键的作用。叶片行业对叶片小灰产品的要求 如表 3 所示。
耐冲击性/cm，≥ 耐磨性(1 000 r/ 1 000 g)/g，≤ 摆杆硬度，≥ 附着力/MPa，≥ 光泽(60°) 重涂性 吸水率(24 h 和 168 h)/%，≤ 人工加速老化 (2 000 h)
表面涂饰
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表 1 涂料配套体系要求
层数 叶片 大灰 叶片 小灰 底漆 面漆 总膜厚 涂料名称 聚氨酯叶片大灰/ 环氧大灰 聚氨酯叶片小灰/ 环氧小灰 聚氨酯底漆/环氧底漆 聚氨酯面漆 80～140 µm/200~250 µm 80～140 µm 160～280 µm/280~390 µm(不含 大、小灰) 干膜厚度 0~6 mm
杂形状可采用空气喷涂或滚涂施工；不易喷涂到的部位应
6 工艺要求
6.1 表面处理
风电叶片经由模具加工制备而成，表面有砂眼或是带 有脱模剂。表面处理不好会严重影响涂装质量，如引起涂 层的附着力不良等，因此叶片的表面必须经过严格彻底的 表面处理，才能够充分发挥涂料的保护功能。 叶片的表面处理，主要包括打磨和除油两个步骤。
要采用环氧玻璃钢复合材料，要求使用寿命达 20 a，需要进行重点涂装保护。高效的防护效果取决 于防护涂层的设计、表面处理、涂装工艺、涂料质 量及涂层质量的控制等。 简要介绍叶片典型的涂装 体系以及涂装质量、涂料质量的控制。 关键词： 风电机组叶片涂装； 涂装体系； 涂装工艺； 质量控制
1 腐蚀环境以及保护期
采用滚涂法进行预涂装或第一道底漆后补涂。按照设计要 求和材料工艺进行大灰、底涂和面涂施工。每道涂层的间 隔时间需符合材料供应商的有关技术要求。超过最大重涂 间隔时间时，进行打磨处理后涂装。 6.2.3 现场涂层要求 (1) 外观 涂膜表面应平整、色泽均一，漆膜厚度均匀，没有气 孔、开裂、流挂、发白等明显的表面缺陷。 (2) 厚度 施工中随时检查湿膜厚度以保证干膜厚度满足设计 要求。干膜厚度采用“85－15”规则判定，即允许有 15% 的读数可低于规定值，但每一单独读数不得低于规定值的 85%。涂层厚度达不到设计要求时，应增加涂装道数，直 至合格为止。每道涂层的干膜厚度不应超出油漆生产商所 规定的最大膜厚。 (3) 附着力 附着力试验采用拉脱式涂层粘结强度测定仪测定(拉 拔法)，涂层体系附着力不小于 8 MPa。允许 30％测定点附 着力低于要求，但测定点最低值不能小于 6 MPa。此试验 不推荐在叶片上进行测试，建议在 GFRP 的试板上进行。
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技术指标 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起皱、不起泡、允许轻微变色 不起泡、不开裂、不脱层，允许 1 级变色、1 级失光和 1 级粉化 不大于 12 mm 单个测试值≥6 MPa，平均值＞8 MPa
检测方法 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 DIN EN ISO 175 ISO11341 ISO 1519 ISO 4624
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要评定依据为涂层的变色、保光率、褪色等。
2 涂料供应商与施工单位的基本要求
涂料供应商与涂料使用单位应具备相应的质量、环境 和产品相关认证证书，这是保证工程安全和质量的基本要 求。施工人员应具备准确操作的施工能力，关键施工工序 (喷漆、质检)的施工人员应获得涂装中级工及以上证书， 特种作业人员应具备相应资格。
风电叶片表面直接与大气自然环境接触，经受日晒、 风吹、 雨淋， 甚至苛刻的海洋腐蚀环境， 根据 ISO 12944—2 《腐蚀环境分类》规定，叶片表面处于 C5-I 和 M 腐蚀环 境，保护等级为“长期”，寿命一般要求在 20 a 以上，主
0 引言
为了应对全球气候变暖，世界上主要国家都在积极开 发利用新的能源，风能作为清洁和可再生能源，是人类的 必然选择之一。中国有很好的风能条件，仅陆地上的风能 储量就有约 2.53 亿 KW，开发利用潜力巨大。目前中国的 风电市场处于起步阶段，据国家发改委和能源局正在制定 的风电发展规划， 预计 2010~2020 年平均每年新增风电装 机容量 15 000 MW，新安装风电机组以 MW 级为主，MW 级 叶片需求旺盛，成为主流。 风电机组要求很长的使用寿命， 一般要求为 20 a 以上。 现有 MW 级风电机组叶片为玻璃纤维增强环氧复合材料， 环氧树脂具备优异的粘接性能，同时冲击韧度可达 255 kJ/m ，防腐性能优异，但是耐候性能差，为充分保证风电 机组的使用寿命，叶片的涂装防护尤为重要。优质的防护 效果取决于防护涂层的设计、玻璃钢基材的表面处理，合 理的涂装工艺，涂料的质量以及有效的涂层质量控制等多 方面因素。欧洲的涂料制造商如 Mankiewicz、Relius、
4.3 聚氨酯叶片底漆
叶片底漆的技术要求见表 4。
4.4 叶片面漆
鉴于风电叶片保护的持久性以及风电机组使用过程
ISO 11341
涂料技术与文摘 Coatings Technology & Abstracts
13
表面涂饰
Surface Finishing
5 涂层体系性能要求
叶片复合涂层的技术要求如表 6。
项目 物料状态 细度/µm，≤ 摆杆硬度，≥ 柔韧性/mm 耐冲击性/cm，≥ 不挥发分/%，≥ 附着力(拉开法)/MPa
技术指标 灰色， 无异物， 无硬块， 易搅拌成均匀液体 50 0.6 1 50 65 单个测试值≥6， 平均值＞8
检测方法 目测 GB/T 1724 ASTM D-2240 GB/T 1748 GB/T 1732 GB/T 1725—2007 ISO 4624
4 涂料性能要求
根据风电叶片的使用特点，以及德国 GL 船级社汇聚 多年风电认证经验总结的技术要求，风电叶片涂料要求具 备如下的技术性能。
表 4 叶片底漆的技术要求
4.1 叶片大灰
叶片大灰主要用于修正叶片基材表面的坑凹不平，以 提供平滑的表面，风电叶片行业对叶片大灰产品的要求如 表 2。
表 2 风电叶片行业对叶片大灰产品的要求
表 6 叶片复合涂层的技术要求
项目 耐油性(90 汽油，4 h) 耐液压油(4 h) 耐酸性[H2SO4 (1 mol/L)，240 h] 耐碱性[NaOH(10 g/L)，96 h] 耐海水性(96 h) 人工加速老化实验(2 000 h) 弯曲实验/mm，≤ 24 h 于 23 ℃/50% RH GFRP 底材 附着力 (拉开法) 耐盐雾(ISO 9227)720 h 连续凝露(ISO 6270)480 h