1 引言

风能是自然界中取之不尽用之不竭的资源，在大力发展清洁能源的背景下，国家投入了巨额资金建设风力发电设施。由于风力发电设施长期暴露于风沙、盐雾、强紫外线、寒流、高温等恶劣环境下，因此其防腐保护显得尤为重要。目前，国内风力发电机塔筒防腐涂料主要采用国外公司的产品，防腐涂层系统设计方案主要依据ISO 12944《色漆与清漆钢结构的防护涂料系统的腐蚀保护》，塔筒外表面所承受的腐蚀类别为C5-I~C5-M，内表面的腐蚀类别为C-4。塔筒要求的防腐保护等级为“长期”，涂层有效使用寿命大于15 年。风力发电机塔筒防腐涂层系统的设计方案见表1，对涂层理化性能的要求见表2。


为了获得较高的涂装效率，风力发电机塔筒防腐涂料均采用无空气喷涂施工，要求每种涂料喷涂一道的厚度就能够达到设计要求，这样的厚涂膜在施工中容易出现流挂、气泡、针孔等弊病，在高温、多风环境下露天施工时尤其如此。本文研制的风力发电机塔筒防腐涂料克服了施工中容易出现的问题，施工性能好，并且在耐盐雾、耐风沙吹蚀等方面性能优异。

 

2 涂料的研制

2.1 涂料配方及制备工艺

环氧富锌底漆、厚浆环氧、脂肪族聚氨酯面漆的原材料及参考配方分别见表3 ~ 5。

富锌底漆制备：将各物料搅拌均匀，过滤、包装；中间漆及面漆制备：将树脂、助剂、颜填料等混合搅拌均匀后研磨至细度合格，检验、过滤、包装。

固化剂按配方分装。涂料的甲乙组分配比分别为：底漆15 ∶ 1，中涂漆4 ∶ 1，面漆6 ∶ 1。

2.2 产品性能检测结果

对制备的涂料进行了检测，各项性能指标均达到了设计方案中的技术要求。检测结果见表6。

由图1 和图2 对比可知，3 号试件耐沙尘沾污性能较差，但可以用水清洗干净，涂膜没有被风沙破坏；2号试件由于涂层硬度高涂膜表面沾的灰尘较少，但是涂膜已被破坏，沙尘进入了涂膜，因此用水无法清洗干净；1 号试件涂层坚韧，耐沙尘沾污并且容易被清洗，涂层完好。

3.3 涂料中流变助剂的选择

涂料中添加流变助剂可以改善涂料的防流挂性能，但同时也影响涂膜的流平及光泽。制备厚浆环氧涂料及丙烯酸脂肪族聚氨酯涂料时选择的防流挂助剂有气相二氧化硅、有机膨润土、改性脲或改性聚酰胺等，通过2 种不同流变助剂的搭配，在获得较好的防流挂性能的同时也可以获得较好的涂膜光泽，并且可以消除施工时固化剂的加入对流变助剂“效率”的影响。研制的厚浆环氧中间漆一道喷涂干膜厚度300 μm 时无流挂现象，丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆一道喷涂干膜厚度120 μm 时无流挂现象，并且涂膜流平性能好，具有较好的涂层外观效果。

面漆制备中选用气相二氧化硅和BYK-410 共同作为防流挂助剂，单纯的气相二氧化硅作为防流挂助剂时需要较大的用量才能达到较好的防流挂效果，但是会明显降低涂膜的光泽。单独使用BYK-410 时对光泽无明显影响，但是在施工过程中由于加入聚氨酯固化剂后体系极性的变化，防流挂效果会明显下降。在达到规定干膜厚度的条件下，单独使用气相二氧化硅作为防流挂助剂时加入量对涂膜光泽及防流挂性能的影响见图3，气相二氧化硅和BYK-410 同时使用时加入量对涂膜光泽及防流挂性能的影响见图4。

由图3 和图4 对比可知，气相二氧化硅和BYK-410 同时使用时，在加入量较小的情况下就可以获得较好的防流挂效果，而且对光泽的影响较单独使用气相二氧化硅时小。

3.4 涂料中消泡剂及流平剂的选择

涂料的树脂、溶剂、颜填料体系确定后，为保证涂层具有良好的外观效果及质量，选择了合适的消泡剂及流平剂。中间漆和面漆在施工时由于漆液黏度较高、涂膜较厚，因此，施工时产生的气泡很难消除，并且漆膜不容易流平，仅靠调整涂料的表干速率很难从根本上解决问题。涂料用消泡剂和流平剂种类繁多，在选用时遵循了以下原则：①选择的消泡剂和流平剂适合涂料体系的极性；②选择的消泡剂能够在涂料制造、施工、成膜过程中的任何阶段发挥良好的消泡作用；③选择的流平剂能够明显增进涂料对基材的润湿效果和涂膜流平；④选择的流平剂不产生稳泡的负面效果。在制备风力发电机塔筒防腐蚀涂料时选择了丙烯酸类流平剂、含氟流平剂、轻微降低表面张力不稳泡的含硅流平剂、含硅的脱泡型消泡剂、不含硅的丙烯酸类消泡剂或复合消泡剂。以制备丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆为例，选用了2 种流平剂：种为强烈降低表面张力但不稳泡的含氟流平剂以增进涂膜的流平性；第二种为轻微降低表面张力的含硅流平剂以增进涂料对底材的润湿效果。消泡剂也选择了2 种：种为含硅的具有脱泡和抑泡作用的消泡剂，主要是抑制涂料在生产、施工过程中气泡的产生，以及在成膜前期脱出气泡；第二种消泡剂为丙烯酸酯类消泡剂，利用同体系的不混溶特性消除气泡，主要在涂料成膜过程中发挥消泡作用。以面漆为例，不同流平剂、消泡剂组合物对涂层外观的影响见表8。
表8 不同流平剂、消泡剂组合物对面漆涂层外观的影响

表8 中：A 为使用单一丙烯酸酯类消泡剂或硅酮脱泡抑泡剂；B 为使用含硅脱泡剂和丙烯酸酯类消泡剂组合物；C 为使用强烈降低表面张力的含硅流平剂及B 中消泡剂的组合物；D 为使用强烈降低表面张力的含氟流平剂及B 中消泡剂的组合物；E 为使用了含氟流平剂、轻微降低表面张力的含硅流平剂及B 中消泡剂的组合物。

3.5 施工中常见的问题及解决方法

风力发电机防腐蚀涂料采用高压无空气喷涂方法施工，施工时无空气喷涂机的压力比至少为32 ∶ 1，喷涂中间漆时推荐采用压力比为45 ∶ 1 的机型，喷嘴直径为0.33 ~ 0.48 mm，要求喷涂一道达到设计规范中规定的小干膜厚度。

高压无空气喷涂施工中厚浆环氧中间漆和丙烯酸脂肪族聚氨酯面漆容易出现针孔、气泡、流挂、失光等漆病，在涂料制造过程中选择合适的消泡体系可以有效降低针孔、气泡出现的几率，在施工过程中涂料的表干时间、漆液的雾化程度均对涂膜外观有明显的影响，当表干速率过快时涂膜光泽下降，容易出现针孔及气泡，漆液雾化不良时容易出现暗泡、橘皮，在施工时采用高沸点混合溶剂作为稀释剂可以明显改善漆膜外观，但是，在高温环境下施工时涂料的固化速率增加，如果涂料固化交联达到一定程度时厚涂膜中仍残留了大量溶剂，会引起涂层强度或层间附着力下降，影响涂层质量。厚浆环氧中间漆及丙烯酸脂肪族面漆在施工时加入过多稀释剂后容易出现流挂现象。通常为了达到较厚的涂膜，在喷涂时可以选择压力比较高的无空气喷涂机，以减少稀释剂的加入量，防止流挂发生。

制造环氧富锌底漆时一般参照GB/T 3668 或SSPC Paint 20 标准的技术要求，通常风力发电机塔筒制造厂家在选购环氧富锌底漆时都要求干膜中锌粉含量高于80%，在这种情况下，采用高压无空气喷涂施工时很容易出现“干喷”现象，在露天高温多风环境下施工时尤其如此。施工时调整喷枪与工件面的距离尽可能地小、角度尽可能保持90°，同时使用挥发较慢的高沸点混合溶剂解决了锌粉底漆的干喷问题。
 

4 结语

研制的风力发电机塔筒防腐蚀涂料已经在涂装工程中应用，涂料的施工性能、外观及理化性能良好。通过调整固化剂、稀释剂等，涂料在温度较低的环境下施工时可以实现快速固化，在较高气温并且有风的环境下施工时也能保证较好的涂层质量。实践证明，该涂层系统也可以用于桥梁、海上石油平台等户外钢结构的防腐蚀涂装。