Page 70 - 涂料工业2024年第02期电子刊

姚中强等：风电叶片前缘雨蚀测试及防护方法研究

蚀时长做材料耐雨蚀性能的评估。 表2 KRAIBURG保护膜耐雨蚀测试信息
Table 2 Rain erosion test information of KRAIBURG
3 风电叶片用耐雨蚀材料 protective film
项目 KRAIBURG 保护膜
3. 1 聚氨酯类保护膜
速度/（m·s ） 160
-1
聚氨酯类保护膜的典型代表是Polytech保护软壳 雨滴直径/mm 2. 4
和3M保护膜，Polytech保护软壳根据叶片前缘翼型定 降雨强度/（mm·h ） 30~35
-1
制，长度 1 m 每段，宽度方向中间区域厚 3 mm 并逐渐 耐雨蚀时长/h >20
向两侧过渡至 0. 5 mm，其拉伸强度≥30 MPa，断裂伸
应商均推出了具备较好防护性能的前缘保护漆，涂
长率≥500%。3M 保护膜厚度为 0. 3 mm，拉伸强度≥
层厚度多为 300 μm。蔚津等 对比了不同厚度的多
[20]
12 MPa，断裂伸长率≥500%。施工方面两者都使用压
种弹性体的耐雨蚀性能，表明了增加厚度对耐雨蚀
敏胶与叶片进行黏结，施工前均需使用细砂纸打磨粘
性能的提升。对于涂料类材料，“三分材料，七分施
贴面以保证黏结强度。气泡及褶皱是贴膜常见的缺
工”，涂层质量状态受施工影响较大，粉尘、杂质、气
探 陷，3M 保护膜透明色的设计使气泡缺陷更易被识 泡等均会对涂层力学性能及界面性能有影响 [21-25] 。
标
准 别，较薄的膜厚使其能与叶片较好的随型贴附 。 在笔者参与的前缘漆雨蚀对比测试中，A、B两型号前
索
及 Polytech 保护软壳厚度渐变、随翼型定制以及 1 米每 缘漆供应商提供的在相同测试结构测得的报告显示
开 段的较短长度等多项措施也有助于其随型贴附。两 耐雨蚀时长结果为：A 型号材料 20 h 无损伤，B 型号
检
种材料耐雨蚀性能测试结果如表 1 所示，由于测试 材料 6 h 无损伤。然而在叶片工厂涂装车间，在同一
测
发
关键参数设置不同，没有确定的耐雨蚀优劣性结论。 测试样条两侧分别使用 A、B 前缘漆做等厚度施工，
表1 聚氨酯类保护膜耐雨蚀测试信息 在自制雨蚀设备上测试时，A 型号前缘漆在 1 h 后即
Table 1 Rain erosion test information 出现了较大面积的损伤，侵蚀及界面分层为其主要

项目 Polytech软壳 3M保护膜 失效形式，如图 5 所示。因此，笔者认为前缘保护漆
速度/（m·s ） 160 140 类材料耐雨蚀性能的测试应基于工厂环境下制样，
-1
并且应以涂层材料受到侵蚀为测试终点。
雨滴直径/mm 1~2 2. 4
降雨强度/（mm·h ） 30~35 30~35 B型号材料 A型号材料
-1
耐雨蚀时长/h >100 >50

3. 2 超高相对分子质量聚乙烯类保护膜
除聚氨酯类保护材料外，超高相对分子质量聚
乙烯类薄膜因其较高的强度、高耐候性及自润滑性
图5 前缘漆耐雨蚀测试对比
也在叶片前缘防护中得到较多应用 ，典型如
Fig. 5 Comparison of rain erosion of protective paint
KRAIBURG 前缘保护膜。该保护膜由外层超高相对 4 前缘防护方案的设计
分子质量聚乙烯纤维层及内层橡胶层组成，厚度各
0. 5 mm，其拉伸强度≥16 MPa，断裂伸长率≥700%，可 受限于在雨蚀测试方面的研究相对不足以及叶
使用环氧类胶黏剂与叶片进行黏结，具有较高的界 片运行环境的复杂性，目前叶片前缘防护方案设计
面黏结强度。使用真空袋压的黏结方式有助于控制 时主要从材料性能的对比选择及风场运行反馈两方
其黏结厚度及与叶片的随型贴附。其耐雨蚀性能方 面进行评估，设计思路整体如下。
面测试结果如表 2所示。 4. 1 选择相对好的耐雨蚀材料
3. 3 前缘保护漆类 如前文所述，材料耐雨蚀性能的优劣性评估需
前缘保护漆目前仍是风电叶片应用最多的耐雨 基于同样的测试参数，前缘保护漆类材料的耐雨蚀
蚀防护材料，具有施工工艺成熟，施工区域、防护厚 测试需基于工厂环境下制样，并且膜厚要保持一致。
度可设计等优点，目前 PPG、佐敦、麦加等风电涂料供 海上叶片用防护材料还需要满足 ISO 12944-9：2018

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