阅读说明：本技术 一种风电叶片前缘防护材料及其制备方法和应用 (Wind power blade leading edge protective material and preparation method and application thereof ) 是由 谢映雪 曹梓东 李永鸿 林燕 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风电叶片前缘防护材料及其制备方法和应用,所述的风电叶片前缘防护材料,包括PVDF膜和环氧树脂基涂层；其中,环氧树脂基涂层按重量份数计,包括组分：环氧树脂100份；引发剂0.4～1.5份；溶剂8～20份。本发明的风电叶片前缘防护材料,通过采用辐照接枝的方法在PVDF膜表面形成一层极性的环氧树脂涂层,从而提高PVDF膜的粘接性能,可在风电叶片灌注成型时与叶片一体成型固化,实现PVDF膜与风电叶片表面的紧固粘接,对风电叶片前缘的防护效果佳、防护周期长,满足风电叶片前缘防护材料在叶片服役周期能够有效防护且免维修的需求。(The invention discloses a wind power blade leading edge protective material and a preparation method and application thereof, wherein the wind power blade leading edge protective material comprises a PVDF film and an epoxy resin-based coating; the epoxy resin-based coating comprises the following components in parts by weight: 100 parts of epoxy resin; 0.4-1.5 parts of an initiator; 8-20 parts of a solvent. According to the wind power blade leading edge protective material, the epoxy resin coating with the polarity is formed on the surface of the PVDF film by adopting an irradiation grafting method, so that the bonding performance of the PVDF film is improved, the PVDF film and the blade can be integrally molded and cured when the wind power blade is cast and molded, the PVDF film and the surface of the wind power blade are fastened and bonded, the protective effect on the leading edge of the wind power blade is good, the protective period is long, and the requirements of effective protection and maintenance-free of the wind power blade leading edge protective material in the service period of the blade are met.)

一种风电叶片前缘防护材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及风电叶片防护技术领域，具体涉及一种风电叶片前缘防护材料及其制备方法和应用。

背景技术

环氧树脂具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性，是大型风电叶片的首选材料，目前，风电叶片大多采用玻璃纤维或碳纤维增强环氧树脂制备。风电机组一般安装于偏远的地区，运行环境恶劣，叶片作为捕获风能的唯一构件，其前缘由于长期受到风力的摩擦以及沙粒、盐雾、雨水的冲击，是风电叶片上最容易出现腐蚀的部位；特别是叶片的叶尖前缘部位，由于比较薄而且叶尖运转的线速度很大，该部位的腐蚀是整个叶片中最为严重的。风电叶片前缘出现腐蚀之后，风电叶片的气动外形将受到影响，导致风电机组发电量降低；叶片前缘腐蚀问题如果不及时解决，随着时间的推移，叶片会发生更为严重的损伤，对风电机组的安全运行带来隐患。因此，前缘防护是大型叶片开发中面临的一项重要挑战。

目前，叶片的前缘防护普遍采用贴前缘保护膜方法。但保护膜对施工工艺要求苛刻，贴膜前需要使用细砂纸对前缘贴膜区域的表面进行打磨和清洁，工作量大，且贴膜过程不允许有微小的气泡；在叶片的运输和吊装过程中很容易损伤保护膜，且叶片在运行过程中经常出现起泡、边缘卷起、叶尖处保护膜风化移位等现象，保护膜的使用寿命一般只有4~5年，需要重新更换，维护成本很高。现有技术中已有前缘保护漆产品可用于叶片前缘防护，主要采用常规油漆的喷涂、刷涂或滚涂的方式进行涂覆，但前缘保护漆的可操作时间短、温湿度操作范围较窄，只适用于工厂的制造，不能应用于风电叶片的现场前缘防护维修。

PVDF（聚偏氟二乙烯）具备优良的耐候性、耐磨性、韧性和耐粉化等特点，其户外使用寿命可达到20年以上，可满足风电叶片前缘防护材料在叶片服役周期免维护的需求，但是，PVDF涂料的涂覆需经过高温烘烤，加工过程繁琐，限制了其在风电叶片上的应用；PVDF膜的表面粘性差，与风电叶片表面难以粘接，采用贴膜方式用于风电叶片前缘防护的防护效果不佳。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种风电叶片前缘防护材料，使用方便、与风电叶片表面的粘接强度高、对风电叶片前缘的防护效果佳、防护周期长。

本发明的另一目的在于提供上述风电叶片前缘防护材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种风电叶片前缘防护材料，包括PVDF膜和环氧树脂基涂层；所述的环氧树脂基涂层涂覆在PVDF膜上并通过辐照与PVDF膜表面接枝；所述的环氧树脂基涂层，按重量份数计，包括以下组分：

环氧树脂 100份；

引发剂 0.4~1.5份；

溶剂 8~20份。

所述的环氧树脂基涂层涂覆在PVDF膜与风电叶片粘接的一面。本发明通过采用环氧树脂与PVDF膜表面聚合接枝，在PVDF膜表面形成一层极性的涂层，从而有效提高PVDF膜与风电叶片表面的粘接性能；优选的，所述的环氧树脂的环氧值为0.3~0.56。

所述的引发剂选自二苯基碘鎓六氟磷酸盐、双(4-叔丁基苯)碘鎓六氟磷酸盐、4-异丙基-4’甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基）硼酸盐或4,4’-二甲基二苯基碘鎓六氟磷酸盐中的任意一种或几种。

所述的溶剂选自丙酮、无水乙醇或甲醇中的任意一种或几种。

优选的，本发明采用的PVDF膜的厚度200微米~800微米，可以有效缓冲雨滴、沙粒等的对风电叶片的冲击力度，减小对风电叶片的损伤。

优选的，所述的PVDF膜的拉伸强度≥30Mpa，可以有效对抗雨滴、风沙等对PVDF膜的冲击，保证防护材料的使用寿命。

本发明还可通过在环氧树脂基涂层加入固化剂来提高PVDF膜的粘接强度，固化剂的用量不能过多，否则会使环氧树脂完全固化，导致无法与风电叶片表面有效粘接。所述的环氧树脂基涂层，按重量份数计，包括0~15份的固化剂；所述的固化剂选自乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二乙氨基丙胺或间苯二胺中的任意一种或几种。

本发明还提供了上述风电叶片前缘防护材料的制备方法，包括以下步骤：按照配比，将引发剂溶于溶剂中，再加入到环氧树脂中搅拌均匀，然后均匀地涂覆在PVDF膜上，再进行辐照，辐照剂量为1~8Mrad，制备得到风电叶片前缘防护材料。

本发明通过辐照技术对PVDF膜进行表面改性。涂覆了环氧树脂基涂层的PVDF膜经过辐照后，环氧树脂接枝到PVDF上并产生一定程度的固化，流动性变差，但不完全固化，表面发粘，此时的PVDF膜具有很好的粘接性能。本发明的辐照剂量控制在1~8Mrad，辐照剂量过小，无法引发环氧树脂与PVDF膜的接枝反应，且树脂的固化程度低；辐照剂量过大，会使环氧树脂完全固化，粘接性能差。本发明具体可采用电子加速器或钴源对PVDF膜进行辐照改性。

本发明还提供了上述风电叶片前缘防护材料的应用，在风电叶片真空灌注成型时加入本发明的风电叶片前缘防护材料，与风电叶片一体成型固化，实现PVDF膜与风电叶片表面的紧固粘接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的风电叶片前缘防护材料，通过采用辐照接枝的方法在PVDF膜表面形成一层极性的环氧树脂涂层，从而显著提高PVDF膜的粘接性能；其使用十分方便，在风电叶片灌注成型时与叶片一体成型固化，即可实现在风电叶片表面形成PVDF膜防护层，该防护层与风电叶片紧固粘接，在使用过程中不会出现起泡、边缘卷起、风化移位等问题，且对风电叶片前缘的防护效果佳、防护周期长，满足风电叶片前缘防护材料在叶片服役周期能够有效防护且免维修的需求；进一步实现PVDF膜在风电叶片前缘防护的有效应用，解决了现有风电叶片前缘防护材料使用寿命短、安装和维护成本高的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

现对实施例及对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：

环氧树脂1：环氧值为0.52；

环氧树脂2：环氧值为0.44；

环氧树脂3：环氧值为0.35；

固化剂：二乙氨基丙胺；

引发剂1：4,4’-二甲基二苯基碘鎓六氟磷酸盐；

引发剂2：二苯基碘鎓六氟磷酸盐；

引发剂3：双(4-叔丁基苯)碘鎓六氟磷酸盐；

引发剂4：4-异丙基-4’甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基）硼酸盐；

溶剂：丙酮；无水乙醇；甲醇。

实施例和对比例的风电叶片前缘防护材料的制备方法：

按照表1配比，将引发剂溶于溶剂中，再与固化剂一同加入到环氧树脂中搅拌均匀，然后均匀地涂覆在PVDF膜上，再采用电子加速器进行辐照，辐照剂量为1~8Mrad，制备得到风电叶片前缘防护材料。

相关性能的测试方法：

剥离性能测试：将实施例和对比例制备得到的风电叶片前缘防护材料用环氧树脂与玻璃钢复合，然后测试其剥离力，按照标准GB/T 2790-1995进行测试。

表1：实施例1~6和对比例1~3的环氧树脂基涂层各组分具体配比（按重量份数计）及性能测试结果

接表1：

将上述实施例制备得到的风电叶片前缘防护材料在风电叶片真空灌注成型时加入，能够与风电叶片一体成型固化，固化后难以剥离。

由上述实施例和对比例可看出，本发明通过在PVDF膜上涂覆环氧树脂基涂层后经辐照引发环氧树脂与PVDF膜表面接枝并部分固化，显著提高了PVDF膜的粘接性能，可以实现PVDF膜与风电叶片表面的紧固粘接。