风电叶片涂料的选择及质量控制

风电叶片涂料的选择及质量控制

The selection and quality control of Wind turbine blade coating

刘超王栋

中航惠腾风电设备股份有限公司保定071051

摘要：结合风电行业的状况，阐述了风电叶片涂料选择面临的挑战，介绍了叶片厂选择涂料的大致流程，提出了涂料质量控制的要点。

关键词：叶片，涂料，标准，质量控制

0.引言

从技术角度来看，目前风力发电已成为世界上公认的、除了水电之外，最具有大规模商业开发价值的可再生能源利用技术[1]。然而风电行业从2006年起至今连续五年的高速增长突然放缓，恶性价格竞争、产业过剩阴影、技术门槛提高、补贴政策退出，这一切给我们的讯息是风电行业的调整期到来了。重建设、重规模得发展模式将被改变，重质量、重管理的时代已经来临。叶片作为风力发电设备的关键部件必然成为改革的重点。本文仅就叶片的主材之一的涂料分析，从其中反映了叶片材料国产化面临的机遇与挑战。

1.叶片涂料的选择

1.1选择标准

1.1.1标准缺失现状

目前风电叶片用涂料还没有完善的标准。即使是GL标准也只是一个行业准入标准。也就是说叶片厂家还要根据风场各异的风况来选择不同的涂料体系以满足与甲方签订的技术协议。一般来说叶片要具有20年的寿命，目前没有人可以说涂料测试通过哪些标准就可以等效于20年的寿命。国外已经有在风场超过20年寿命的叶片。国内中航惠腾风电设备股份有限公司最早的叶片在承德挂机目前已经受了10年的考验。由北京鉴衡认证中心牵头，集合业内专家已经起草了《风力发电机组风轮叶片涂料技术要求和试验方法》。由于，各地风场自然环境多有不同，北方地区多寒旱和风沙，南方地区湿热严重，江苏一带沿海滩涂盐雾较大，西北部地区阳光照射强烈，还有一些冷冻雨地区容易使叶片结冰，影响风电机组的运行和发电，不同的风况使叶片有不同的受力状况，对叶片涂料的力学性能要求也就不完全相同。不同的环境必然有不同的性能要求，而且各种性能之间是相互影响的，如果某一项性能选择不慎，将加速其他性能的衰减，有可能使涂料寿命及叶片寿命大大缩短。因此，如何针对具体的环境确定合适的涂料性能指标及其试验标准是一件科学严谨的事情，也是十分困难的事情，这对设计工作者提出了很大的挑战。

1.1.2企业内部标准选择

在没有标准的情况下，叶片厂家如何选择涂料就成了挑战。当然，我们可以使用国外相对比较成熟的产品，如美凯威奇，博格林。然而，在当前风电市场供大于求，风机价格一路走低的情况下。质优价廉的产品更受客户欢迎。整机价格2008年为6500元/千瓦，2009年降至5400元/千瓦，2010年跌至4000元/千瓦以下。所以叶片厂面临质量和成本的双重考验。降低成本后的叶片能否经得起恶劣环境的考验。这是我们要考虑的最重要的课题。

从原理讲，叶片使用涂料有两个作用，一是美观、二是保护。风电叶片所用的树脂一般有环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基树脂等。国内应用最多的目前是环氧树脂。涂料的主要作用是保护叶片玻璃钢不受外界严酷自然环境的侵害，JB/T 10194-2000认定的环境条件包括温度、湿度、盐雾、雷电、沙尘及辐射6项。也就是要求叶片涂料具有耐风沙侵蚀、耐紫外老

化、耐湿热以及盐雾腐蚀能力，并且要能适应不同极端气候条件下风电场使用需求。目前惠腾公司所采用的材料测试标准集成了CTC （惠腾荷兰设计公司）标准和内部试验数据。截止到今年由惠腾售后服务公司的反馈数据看，叶片涂层损坏维修的案例还很少见。

1.2 涂料品牌的选择

1.2.1 选择流程

各家选择产品的流程大同小异。基本思路如下：

发起

初审

列入合格供应商名单

结束

准备技术评审 N

Y

N

Y

Y

Y

技术评审

经济评审

N 终审 N

小批采购

Y

1.2.2选择之难

国内各涂料企业和研究机构对风电行业的关注较晚，相关研究滞后，目前多集中在简单的力学性能和老化性能测试上，对涂料本身的微观机理探究较少，也没有可以用于模拟实际的验证标准和方法。涂料工业用于检测材料性能优劣的手段单一，难以客观反映力学性能的规律、特点及其与涂膜结构之间的关系[2]。针对于此，叶片厂家在选择涂料时，一个比较可信的方法就是，在模拟接近涂料所在环境中，通过对多项性能的测试来比较不同厂家、不同类型的涂料，从而确定性能最优的涂料品种。但这种测试必须是在同等制样和测试条件下进行，整个试验过程强调同比性，过程控制关键点较多，同时这种测试需要消耗很多的资源和很长的时间。

2.叶片涂料的质量控制

当选好一款叶片涂料，将其用于生产中时，不等于所有的工作已经完成。在使用涂料的过程中，还有一个需要持续关注和跟进的问题：质量控制。

2.1源头控制

涂料原材料的管控，这是涂料质量稳定性的最重要因素之一。如果所选择的原材料是大品牌并且性能稳定，同时原材料的选择、采购、储存、批量使用等各个环节都纳入到了企业的生产管理文件中，那么最终涂料的性能才是有保证的，一个优秀的终端产品必须通过可实施的、可操作的原材料管控体系来保证。

2.2过程控制

涂料生产的过程控制，即生产涂料的工艺参数的控制。不同的涂料配方需要不同的工艺来实现，诸如原料加料顺序，加料比例，反应控制的温度、时间、压力，搅拌速率，反应容器的大小等。良好的设备可以确保这些工艺参数的准确实现，而产品质量的控制需要将这些重要的工艺参数固化下来。同时作为产品的研发人员要懂得每个工艺参数的变化是如何影响最终产品性能的。在过程控制中，可以通过检测不同反应点产品的性能来监控生产的工艺是否与理论设计发生偏离。

2.3终端产品控制

最终涂料的出厂检验。一般来说，科学的检验项目是由产品的若干理化性能加使用性能组成的，材料其他性能的变化要能通过这几项性能反映出来。如风电涂料，一般可以选择固含量、表干时间、粘度等物理指标加附着力来控制其稳定性，如果条件允许，还可以通过光谱、色谱分析等手段来更进一步提高其产品质量稳定性。

2.4涂料使用厂家监控

涂料的质量需要进行定期监控，定期监控不同于产品的批次检验，与批次检验项目相比，定期监控的时间间隔要更长一些，检测的性能项目也要更多一些，但定期监控的项目没必要和选材时测试的项目一样多，只要能对材料的质量稳定性起到监控的目的就可以了。

3.结语

风电涂料自主化同风电原材料国产化一样，依然有很艰难的路要走，我们更多的是要看到机遇和未来，中国风电行业发展的大环境为我们提供了成就民族品牌的绝好机会。国内企业要立足于自足研发技术的改进和提高，紧密联系和跟踪中国风电叶片运行的环境状况，同时，行业上下游之间要加强合作，建立强有力的合作和对话平台。风电涂料的选择不是供应商一家的事，也不是叶片生产厂和其他风电设备生产厂一家的事，只有联合，才能成就中国风电行业的辉煌未来。