水性多异氰酸酯固化剂选择了聚醚改性的HDI三聚体（a）和氨基磺酸盐改性的低黏度HDI 三聚体（b），前者用于底漆，后者用于面漆。用同一水性丙烯酸多元醇二级分散体为基体树脂，分别以a 与b 作固化剂配制成清漆，检验并比较两种固化剂的性能，结果见表3。

从与基体树脂手工易混合性看，固化剂a 由于黏度较高，必须用醚酯类溶剂稀释，而固化剂b 因黏度低无需稀释；从干燥时间比较，固化剂a 较慢，b 则较快；在耐冲击性和耐磨性方面二者大致相当。另外，固化剂a 与许多水性树脂混容性好，故涂膜透明性好，光泽高，而固化剂b 则光泽较低，适宜用于亚光PU 涂料。
2.2 n（-NCO）/n（-OH）当量比的影响
双组分聚氨酯涂料的配制技术关键之一是确定恰当的n（-NCO）/n（-OH）当量比。在溶剂型PU 涂料中，常设定n（-NCO）/n（-OH）=1∶1~1.1，使1 个-NCO 基与1个-OH 基反应生成氨基甲酸酯。在水性双组分PU 涂料中，-NCO 基除了与-OH 基反应外，还能与水、胺等发生副反应。由于副反应的存在，要求配制双组分水性PU 涂料时，-NCO 基必须过量，在配方中其他因素不变的条件下，改变n（-NCO）/n（-OH）当量比对涂料性能的影响见表4。
表4 n（-NCO）/n（-OH）对风电叶片用2K 水性PU涂料性能的影响

由表4 可见：随着n（-NCO）/n（-OH）当量比值的提高，双组分水性PU 涂料的拉伸强度先降后升；断裂伸长率则先升后降；耐磨性逐步提高；耐冲击性较平稳，当量比值达到2.0 时，耐冲击性开始下降。这是因为随着涂料体系中n（-NCO）/n（-OH）当量比的提高，涂膜的交联密度增加，断裂伸长率上升，拉伸强度略有下降。涂料的耐磨性与涂膜的摩擦系数、脆性、回弹性有关，涂膜硬而脆则磨损大，涂膜柔韧则磨损小。在保证涂膜具有较高强度的前提条件下，提高涂膜的断裂伸长率和回复率，是提高涂膜耐磨性、抗冲击性的有效途径。
当n（-NCO）/n（-OH）=1.5~1.8 时，涂料的各项性能达到佳，-NCO 基过量太多会延长涂膜的干燥时间，增加材料和涂装成本，从性价比考虑，取n（-NCO）/n（-OH）=1.5 为好。
2.3 颜填料的影响
金红石型钛白粉是户外饰面涂料常用的白色颜料，具有遮盖力强、耐候保色性好、耐化学腐蚀等特点，又由于其粒径小（0.25 μm 左右），且用A12O3、SiO2、ZnO 或其他混合物进行表面处理，赋予金红石型钛白粉很好的光学性能和耐久性能。云母和石墨都是片状结构，在涂层中平行重叠排列，起封闭覆盖作用，可有效屏蔽水、气、离子的渗透，能提高涂膜的防水防腐蚀性能；云母和石墨还具有弹性和润滑作用，能提高涂层的阻尼性，可有效地转化、减弱风沙、冰雹等的冲击能，防止涂膜受损；石墨具有导热性，硅铝基空心微珠具有保温性，当太阳辐射热通过面层向基层传导时，石墨充当了导热体，能将热能较快地传导到基层，再加上空心微珠的保温性能，使热能不会很快地散发出去，减少了夜间低温时段叶片表面结冰现象。
颜基比是影响涂料性能的重要因素。颜基比过低时，涂料的遮盖力不足；颜基比过高时涂膜的致密性降低，综合性能不好。试验结果证明，在满足风电叶片涂料各项性能要求的条件下，风电叶片用双组分水性聚氨酯面漆的颜基比以0.45 左右为好，底漆的颜基比以0.75 左右为好。
2.4 纳米SiO2 的影响
纳米SiO2 呈三维链状结构，比表面积大，表面自由能高，表面因严重配位不足而存在着不饱和双键及不同状态的羟基，具有较高活性，能与HDI 三聚体反应，形成大于范德华力的作用力，引发微裂纹，提高对风沙、冰雹冲击产生的能量的吸收率，提高贮存模量和热变形温度。在配方中其他因素不变的条件下，纳米SiO2 用量对风电叶片用双组分水性PU 涂料性能的影响见表5。
表5 纳米SiO2 用量对风电叶片用2K PU 涂料性能的影响

由表5 可见：在风电叶片用双组分水性PU 涂料配方中，随着纳米SiO2 用量的增加，涂膜的拉伸强度、回复率、附着力、耐磨性相应提高，断裂伸长率稍有下降。当纳米SiO2 用量达到3% 时，涂膜各项性能较好且均衡。另外，纳米SiO2 的加入提高了涂膜的抗紫外老化能力，延长了涂膜的使用期。
2.5 助剂的影响
（1） 分散剂的影响：颜填料能否在涂料体系中分散均匀且稳定，是影响涂料性能的关键因素之一，因此，选择适宜的分散剂至关重要。通过对多种分散剂的试验对比，终选择了BYK-182。该分散剂是一种带亲颜料基团的高分子嵌段共聚物溶液，具有润湿和分散作用，能防止颜填料絮凝、保持颜色稳定、降低研磨料黏度、改善涂料的贮存稳定性，其用量以0.5%~1.0% 为宜。
（2） 消泡剂的影响：本文选择了用于水性体系的有机硅消泡剂BYK-024。它是一种破泡聚硅氧烷乳液，特别适用于丙烯酸- 聚氨酯的乳液体系，具有高效消泡、不影响着色、不降低光泽、加入方便、长期稳定等特点，用量为0.1%~1.0%。
（3） 基材润湿剂的影响：风电叶片用双组分水性PU 涂料是以水作介质的涂料，水的表面张力较高（72.4 mN/m），对基材的润湿性差，直接影响到涂料的附着力。为了降低体系的表面张力，必须添加一定量的基材润湿剂。基材润湿剂一般会使涂料易于起泡和稳泡，因此会增加消泡难度。为了大限度地减少体系中气泡的产生，应选择既对基材润湿性好、又对消泡影响较小、还能增强附着力的润湿剂品种。通过对比筛选，终选择了聚醚改性二甲基聚硅氧烷溶液BYK-346，其具有强烈降低表面张力的作用，并能促进涂料对底材的附着力和流平性，无（或稍有）稳泡作用，不影响重涂附着力，用量以0.2%~0.5% 为宜。
（4） 流变剂的影响：通过对纤维素醚类、碱溶胀聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯类、无机类等流变剂的试验对比，终选择了缔合型聚氨酯类流变助剂，其在涂料的光泽、流平性、丰满度、耐水性等方面都有明显优势，将RM-8W 与RM-2020 配合使用，可取得良好效果，用量视涂料的黏度而定。
（5） 消光剂的影响：风电叶片涂料需要亚光，因此需要在涂料体系中添加适量的消光剂。通常消光剂的加入会降低涂膜的耐磨性，但经表面处理的合成二氧化硅对涂膜的耐磨性影响较小。本文选用了德固赛公司的TS-100，其适宜用量为2%~3%。
（6） 疏水剂的影响：风电机组的工作环境一般是在寒冷和温差大的三北或沿海地区，冬季经常遭受冰雪的侵袭，当叶片表面覆雪结冰时，既增加了叶片的负荷与阻力，影响其正常运转，又由于产生的冷缩应力会对表面涂层造成破坏，因此叶片涂料应具有防覆冰性能。其防覆冰性能可从两方面获得：（1）在涂料中添加吸热、传热、保温颜填料，减少覆冰或使覆冰尽快融化；（2）在涂料中添加疏水剂，以便降低涂膜的表面能，增大与水的接触角，减少水滴凝结，从而防止结冰。目前常用的高效疏水剂有有机硅及有机氟聚合物，其与水的接触角分别为101° 和110°。本文选用氟硅疏水剂，用量为1%，制备的叶片涂料具有防水、防雾、防冰雪、防沾污、防粘连、抗氧化、防腐蚀、自清洁及防电流传导等特点。

3 结语
风电叶片用双组分水性聚氨酯涂料由底漆和面漆构成，其A 组分的基体树脂均采用水性羟基丙烯酸树脂；B 组分固化剂：底漆采用聚醚改性HDI 三聚体，面漆采用氨基磺酸盐改性HDI 三聚体，物质当量比均选定n（-NCO）∶n（-OH）=1.5。底漆的颜填料选用金红石型二氧化钛、绢云母、石墨及空心微珠；面漆的颜料选用金红石型钛白粉。颜基比分别为底漆0.75 左右，面漆0.45 左右。纳米SiO2 的加入提高了风电叶片涂料的交联密度、增进了致密性，提高了涂膜的综合性能。根据双组分水性聚氨酯涂料的多重反应特性和成膜机理，选择适宜的助剂，以实现高性能和环保性的完美统一。