彭 儒，张贤惠 （厦门双瑞船舶涂料有限公司，福建厦门 361101）

0 引言

风能以其储量大、分布广、无污染等优点在我国得到迅速发展且在我国已发展多年。风电发电机组一般安装在荒郊野外、山口等风力较大且周边无遮挡物处，常年风力在4级以上，并经受酷暑严寒和极端温差的影响，自然环境恶劣。我国陆上风电场大多位于西北及北部高原地区，西北地区春季风速达4～6 m/s，瞬时风速达40～50 m/s，年平均风速在3 m/s，该地区风力大，每年达到起沙（≥4 m/s）风速的天数在200～300 d［1］。风电发电机组，尤其是塔筒长期处在风沙流量较大的环境中，风沙流粒子对风电塔筒，特别是1米以下部位的表面涂层有较强的冲蚀磨损破坏作用。风电塔筒长期遭受风沙环境的侵蚀破坏，使涂层较早地失效，造成钢结构裸露腐蚀，体系的安全性和耐久性随之下降［2-3］。

传统抗风沙涂料主要应用于高铁、火车、输电塔等方面，而对于风电设备抗风沙涂料的应用基本处于空白。现场实地对新疆托克逊风场的环境及风电塔筒涂层受风沙侵蚀的情况进行了详细调研。结果显示，由于临近塔筒底面的气流中含沙粒较多，磨蚀力大于较高处的气流，以致塔筒靠近底面部位受风沙侵蚀情况更为严重，迎风面出现大面积裸露钢基材的现象，涂层在服役1～2个月后需要进行重新复涂。因此迫切需要研发高耐冲击性、耐磨损、耐候的抗风沙涂料，以满足西北地区风沙恶劣环境对抗风沙涂料的需求。

1 试验部分

针对塔筒防腐和抗风沙需求，主要对面漆进行设计研究，着重考虑面漆耐冲刷、耐磨损的物理机械性能和耐候性能。经试验验证表明，聚脲材料以其特殊的弹性伸长率等性能特点，在抗冲击方面具有卓越的优势，但是其对喷涂设备和喷涂温度有较高的要求，施工性能差；弹性聚酯-聚氨酯防腐涂料，虽然弹性好、耐磨、抗风沙撞击，但是附着力差；弹性环氧树脂-聚氨酯涂料，虽然附着力好、耐磨耐腐蚀，但是耐候、耐紫外线老化性较差;羟基丙烯酸树脂-聚氨酯涂料，虽然粘结强度高，耐候保色性好，但是涂膜弹性不足，抗风沙磨蚀性差［4-5］。

厦门双瑞公司采用聚天门冬氨酸酯树脂改性技术，制备了725-S43-96系列抗风沙涂料，漆膜不仅具有聚脲树脂优异的物理机械性能和耐候性，又充分克服了聚脲树脂反应速度过快、施工性能差、表面容易形成针孔等弊病。优化后的涂层具有高柔韧性、高强度、高抗冲击性、耐磨性及耐候性。

1.1 产品抗风沙性能研究

抗风沙涂料的研制主要针对面漆对风沙颗粒的耐冲刷性的提升。因而实验室中专门针对抗风沙涂料做了耐冲砂对比试验。

新疆托克逊风场沙粒粒径集中在0.125～0.5 mm，沙粒密度约2.7 g/mL，试验用金刚砂粒径为0.5～1.0 mm，金刚砂密度约3.2 g/mL。实验室采用的喷砂测试条件为：喷砂机空气压力为0.4 MPa，喷砂流量约4 kg/s，喷口距离样板的距离为10 cm，样板尺寸为250 mm×150 mm。喷砂流量大，金刚砂硬度高于风场沙粒，对漆膜的破坏更严重，选择喷砂枪在样板长边进行来回喷射。

表1为当前风电塔筒主流配套涂层（底漆为环氧富锌底漆、中间漆为环氧中间漆、面漆为聚氨酯面漆，面漆进行特殊调色，以便于对试验结果进行直接观察）的实验室抗冲砂性能评价效果图。其中样板A漆膜总厚度为171 μm，其耐冲砂时间为8 s；样板B漆膜总厚度为125 μm，其耐冲砂时间为5 s。

表1 当前风电塔筒主流配套涂层的耐冲砂性能试验结果Table 1 Test results of sand-resistance performance of current main steam matching coating for wind turbine tower

自制抗风沙涂料的实验室耐冲砂性能试验结果见表2。725-S43-96抗风沙涂料C型采用弹性聚氨酯技术，耐冲砂时间为45 s，较传统聚氨酯体系抗冲砂性能有了大幅改进；725-S43-96抗风沙涂料D型采用聚天门冬氨酸酯树脂改性技术，经过53 s的冲砂试验后虽漆膜变色，但表面漆膜仍较为完整；725-S43-96抗风沙涂料E型采用聚天门冬氨酸酯树脂改性技术，同时复配力学增强材料（聚脲），经过173 s的冲砂试验后其表面状态仍完好。

表2 自制抗风沙涂料的实验室耐冲砂性能试验结果Table 2 Laboratory test results of sand-resistance performance of self-made sand-resistant coatings

表2结果表明，725-S43-96系列抗风沙涂料的3种类型的抗砂性能均较传统聚氨酯面漆的抗砂性能有大幅度提高，其中聚脲/改性聚天门冬氨酸树脂体系的抗冲砂性能最好。

1.2 配套体系实地试验对比

2016年7月，将725-S43-96抗风沙涂料在新疆托克逊风场风机塔筒进行涂装试验。涂装试验配套方案见表3，涂装过程与效果见图1。

表3 涂装试验配套方案Table 3 Coating test matching scheme

（1） 725-H53-87厚浆环氧中间漆具有防锈效果，可作为环氧底漆使用，在内陆地区无风沙体系侵蚀、腐蚀等级为C2、C3的环境中预期防腐寿命＞15 a；

（2） 对于C4、C5腐蚀环境等级推荐采用725-H06-21环氧富锌底漆与725-H53-87厚浆环氧中间漆搭配使用；

（3） 在实验室环境中该配套体系较普通环氧+聚氨酯体系的抗风沙侵蚀试验性能提高10倍以上，如需要更进一步的抗风沙性能需求，可适当提高725-S43-96抗风沙涂料的涂层厚度。

图1 涂装过程与效果Figure 1 Painting process and effect

历经1 a的风沙侵蚀，现场效果评估结果表明，725-S43-96抗风沙涂层保持完好，无变色粉化，表现出优异的抗风沙侵蚀和耐紫外线性能，而在试验区域上方原传统聚氨酯面漆已经在风沙的侵蚀下斑驳脱落，露出钢基材而锈蚀（图2）。

图2 自制抗风沙涂料历经1 a风沙侵蚀后的效果Figure 2 The effect of self-made sand-resistance coatings after 1 years of sand erosion

2 结语

自主设计研发的725-S43-96系列抗风沙涂料，其涂膜不仅兼有传统聚氨酯涂料优良的附着力、耐候耐久性，也同时具备高恢复率及高抗风沙撞击性能，完全满足西北地区风电设备的耐磨性、抗风沙性的防护要求，从而为风沙地区风电行业及其他钢构设备的持续健康发展保驾护航。