[发明专利]一种适用于风电叶片的防冰、耐磨涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层，具体涉及一种既防冰又耐磨的涂层，可用于风电叶片涂层。

背景技术

风力发电机叶片(简称风电叶片)的树脂基体是由环氧或者不饱和树脂组成，不耐紫外光，在大气老化环境下短期内迅速失去强度。因此，需要在叶片外涂覆一层保护涂层。但是，这层保护涂层不但要满足耐大气老化20年的需求，还需要防冰性能和耐磨性能。

长期以来，低温下风电叶片表面自发的结冰成为困绕风力发电机叶片冬季运转的主要问题。冬季时，内陆的温度可以低至零下-10℃以下，风电叶片表面的微量水分会结霜结冰，严重影响风电叶片重量的分配，导致叶片形状的变形，严重时风电设备必须停止运转。因此，内陆用风电叶片涂层要最大限度地保证表面不结冰。因此，叶片涂层需要具有一定的防冰性能。

同时，风电场严苛的野外风沙环境，要求叶片具有优异的耐磨性，以抵御长时间的风沙侵袭。

中国专利公开号CN1556161A介绍了通过在环氧树脂中加入石墨，利用石墨对水的不浸润性，使冰无法在涂层表面结冰，但未提及涂层的耐磨性。中国专利公开号CN101392144A，中国专利公开号CN101613564A报道了风电用叶片涂层的制备方法与性能，但均未提及涂层的防冰性。

美国专利US2006281861A1介绍了一种防冰涂层。这种涂层以氟碳或者硅氧烷树脂为基体，添加液体的硅氧烷或者氟碳，再添加与液体硅氧烷相容的固体添加物。这种固体添加物为：聚四氟乙烯、石墨、这种添加物能够显著降低涂层与冰之间的粘接力，从而达到防冰的目的，这种涂层用于飞机，但未提及涂层的耐磨性能。

通常用来作为防冰涂层的树脂基体为聚四氟乙烯或硅橡胶等低表面能材料，其与冰非常低的粘接力足以保证附着在涂层上的冰能够快速的脱落，从而达到涂层防冰的效果。然而，聚四氟乙烯和硅橡胶的耐磨性较差，并不能满足风电叶片用涂层的技术要求。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，克服现有涂层不能同时具有防冰和耐磨的问题，提供一种适用于风电叶片的防冰、耐磨涂层。该发明适用于风力发电机叶片的防护涂料。

本发明一方面通过选用固体添加物，使涂层具有了防冰效果。一方面，选用并优化了聚氨酯树脂作为涂层的树脂基体，使涂层具备耐磨性能。从而制备了一种又放冰又耐磨的涂层，可用于风力发电机叶片的保护涂层。

防冰涂料并不能阻止涂层表面的结冰，而是减小冰和涂层之间的粘接力，从而使冰在外力的作用下能够快速的从涂层表面脱落。因此，防冰涂层意味着冰和涂层之间低的粘接力。

冰和涂层之间的粘接力取决于两个方面：(1)冰和涂层之间的范德华力；(2)冰和涂层之间的静电力。范德华力的宏观表现为：水与涂层之间的接触角，接触角越大，涂层越疏水，和水(冰)之间的范德华力越小。静电力的宏观表现为：材料表面的介电常数，介电常数越小，和冰之间的静电作用力越小。因此，与水的接触角越大，介电常数越低的材料，其和冰之间的粘接力越小。

聚氨酯聚脲材料独特的软段与硬段结构存在大量的氢键，使以聚氨酯树脂或聚天冬氨酸酯聚脲为基体的涂料具有优良的耐磨性。但是，聚氨酯结构当中存在大量的亲水基团(氨基甲酸酯基，醚基，酯基)，是亲水性而非疏水性材料。聚氨酯材料本身的介电常数也比较大(一般大于4)。因此，聚氨酯材料本身具备耐磨性，但不具备防冰性能。

因此，在聚氨酯涂料当中，加入低介电常数小粒径的固体添加物，能够大幅降低聚氨酯涂层与冰的粘接力。这种固体添加物必须具备足够低的介电常数，以降低涂层与冰之间的静电作用力；同时，这种固体添加物必须具备足够小的粒径，以保证涂层涂装后表面的均匀一致；最后，这种固体添加物必须具备较小的密度，以保证涂层固化后相当数量的固体添加物能够悬浮在涂层表面。这种固体添加物的加入，使聚氨酯涂层同时具备了防冰性能和耐磨性能，满足了风电叶片用涂料的技术要求。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于风电叶片的防冰、耐磨涂层，所述涂层至少包含以下两种组成部分：

(2)聚氨酯树脂；

(2)聚氨酯树脂质量的3％～15％具防冰性质的固体添加剂。

其中，符合上述要求的固体添加剂主要包括：(1)聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚四氟乙烯蜡；(2)空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、陶瓷微球、二氧化硅微球、聚合物微球；(3)低介电常数的无机颜料、填料。