水性防腐涂料應用于風電零部件的試驗研究

詹 耀，詹曉春 （明陽智慧能源集團股份公司，廣東中山 528437）

0 引言

根據國家環(huán)保部關于《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》，涂料產品中的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）排放成為目前大氣污染治理的重點領域，隨著環(huán)保政策的嚴格實施和涂裝企業(yè)環(huán)保壓力的加大，今后鋼結構防腐涂料必將向水性化、無溶劑化和高固體分方面發(fā)展。采用綠色防腐涂料，建設綠色環(huán)保涂裝工廠，對于實現(xiàn)減少VOCs排放量，降低各種涂料廢棄物排放，提高企業(yè)生產效率，保障工人職業(yè)健康，達到涂裝企業(yè)的轉型升級具有現(xiàn)實和長遠的意義。

水性涂料以水作為溶劑和稀釋劑，克服了溶劑型涂料有毒、有害、易燃、易爆的弊端，具有無毒無味、安全環(huán)保、使用方便、節(jié)省資源等特點。同時，以水代替高價格的有機溶劑降低了生產成本。但與溶劑型涂料相比，水性涂料的配方復雜，通常含有多種添加劑，這些添加劑常常會導致涂膜性能的下降，尤其是耐水性與耐腐蝕性。而作為防腐涂料，通常對這兩項性能的要求較高，因此采用水性防腐涂料，其技術難度較大，長時間內幾乎沒有大的突破。但國內外對水性防腐涂料的研究從未停止過，隨著技術水平的提高和生態(tài)環(huán)境法規(guī)的制約，水性防腐涂料逐漸被人們所接受。20世紀80年代后期以來，水性防腐涂料得到迅速發(fā)展，美國、日本、德國、英國等國家相繼開發(fā)出水性丙烯酸、聚丙烯酸酯、雙組分水性環(huán)氧、聚氨酯涂料等性能優(yōu)異的水性防腐涂料系列產品。在發(fā)展早期，水性防腐涂料僅能適用于環(huán)境條件比較溫和的領域，如代替溶劑型醇酸樹脂涂料用作一般用途的底漆與面漆。隨著涂料技術的進展，水性防腐涂料的性能得到了提高，它己經逐漸應用于環(huán)境條件比較惡劣的地方，比如嚴酷的海洋環(huán)境，尤其是雙組分水性環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯涂料的出現(xiàn)更是促進了這種趨勢。

明陽集團積極響應國家環(huán)保政策，做好風電防腐技術開發(fā)和儲備工作，聯(lián)合組織風電零部件制造公司和防腐涂料產品生產公司共同進行水性防腐涂料在風電零部件上的應用試驗，驗證雙組分水性環(huán)氧涂料和水性聚氨酯涂料在風電陸地腐蝕環(huán)境中的防腐性能。在風電行業(yè)推廣和應用綠色環(huán)保的水性防腐涂料。

1 試驗方案

在1塊面積5 m2、厚5～10 mm左右的鋼板和6塊150 mm×70 mm×5 mm的小樣板上噴涂水性防腐涂料體系（水性環(huán)氧富鋅底漆、水性環(huán)氧中間漆、水性聚氨酯面漆），采用上海海隆涂料公司生產的水性防腐涂料系列產品。

噴涂前對樣板進行噴砂處理，樣板的一面按照表1的涂層方案進行噴涂，另一面按照表2的涂層方案進行噴涂。

表1 C3環(huán)境配套的涂層方案Table 1 Coating solution for C3 environment

表2 C4環(huán)境配套的涂層方案Table 2 Coating solution for C4 environment

對5 m2的那塊樣板進行外觀、涂膜厚度、附著力等性能參數的測試，并驗證其施工性能；對同步噴涂的其余6塊小樣板進行耐鹽霧性和耐老化性等型式試驗。若樣板性能參數符合要求，再放大到一臺機座及塔架上進行防腐噴涂施工，對水性防腐涂料在陸上風電和塔架上的應用效果進行跟蹤分析。

2 試驗步驟

2.1 表面處理

（1） 鋼結構處理

為了保證涂料發(fā)揮其正常性能，鋼結構表面在噴砂前，電焊缺陷，如氣孔和不連續(xù)焊等要修正好；銳邊和火焰切割邊緣打磨至半徑R≥2 mm；焊縫要光滑，沒有焊渣飛濺等。

（2） 除油

噴砂前，所有油脂或因探傷拍片留下的潤濕劑要根據SSPC-SP1“溶劑清洗法”清除。噴射用磨料要干燥，清潔無雜物，不能影響涂料的性能。所選用的磨料應符合ISO 11126 1-8的規(guī)定，并根據11127 1-7進行測試，河砂不得用于噴砂使用。

（3） 噴砂

鋼材表面要求噴砂清理到ISO 8501-1清潔度Sa 2.5級，粗糙度達到Rz 40～75 μm。噴砂后準備涂漆的鋼材表面要清潔、干燥，無油脂，保持粗糙度和清潔度直至第1道漆的噴涂。所有灰塵要求徹底清理，根據ISO 8502-3灰塵量要＜3級。如果噴漆前鋼材表面有可見的返銹、變濕或者被污染等現(xiàn)象，要求重新清理到前面所要求的級別。

2.2 涂漆

2.2.1 預涂

在第1道和每道漆之間，對于所有的焊縫、切口邊緣、 扇形口、鋼板邊緣和其它漆膜低的地方，必須用新的或清潔干凈的刷子進行預涂，要在噴涂下道漆前預涂好。第1道預涂必須使用刷子，使涂料能滲透進基材表面并防止空氣截留。為增強涂料的滲透性，第1道預涂可以適當稀釋。

2.2.2 水性環(huán)氧富鋅底漆的施工

（1） 底漆設計干膜膜厚為 60 μm，相當于濕膜厚度100 μm（70 μm干膜相當于濕膜厚度117 μm），要避免涂覆過厚。涂覆方式：高壓無氣噴涂、空氣噴涂、刷涂，不推薦使用輥涂。環(huán)境要求：環(huán)境溫度在10～35 ℃，相對濕度在30%～80%，構件表面溫度大于露點溫度3 ℃以上，風速0.1～0.5 m/s。稀釋劑：自來水，稀釋劑的加入量應根據天氣和設備的狀況進行調整，一般在1%～5%之間。該產品分二罐包裝，每次都必須按規(guī)定的混合比，成對一次性進行混合，并在規(guī)定的混合使用期限內用完。

用動力攪拌器攪拌基料（A），將全部的固化劑（B）和基料（A）調和在一起，繼續(xù)用動力攪拌器徹底攪拌混合均勻。施工過程中，為防止沉淀，需要用動力攪拌器不斷攪拌。兩組分的體積混合比為V（A）∶V（B）=1.4∶1，不同溫度對應的混合使用時間如表3所示，一旦超過混合使用時間，不能再使用。

表3 不同溫度對應的混合使用時間Table 3 Mixed use time at different temperatures

（2） 干燥時間和覆涂間隔：經過長時間的暴露風化，漆膜表面需干燥無污物和鋅鹽。如果表面已經形成鋅鹽，必須除去以后才能進行下道漆的涂覆。干燥時間和覆涂間隔時間見表4。

表4 干燥時間和覆涂間隔時間Table 4 Drying time and overcoat intervals

施工時應注意避免漆膜涂覆過厚，干膜厚度不宜超過100 μm，還應避免干噴涂，否則會使覆涂層出現(xiàn)針孔等缺陷。

2.2.3 水性環(huán)氧涂料的施工

（1） 水性環(huán)氧涂料采用上海海隆賽能新材料公司的HilonGuard 2710，顏色：白色。設計干膜膜厚為70 μm，相當于濕膜厚度140 μm（110 μm干膜相當于濕膜厚度220 μm），避免涂覆過厚。涂覆方式：高壓無氣噴涂、空氣噴涂、刷涂，不推薦使用輥涂。環(huán)境要求：環(huán)境溫度在10～35 ℃，相對濕度在30%～80%，構件表面溫度大于露點溫度3 ℃以上，風速0.1～0.5 m/s。稀釋劑：自來水，稀釋劑的加入量應根據天氣和設備的狀況進行調整，一般在1%～5%之間。該產品分二罐包裝，組成一個單元，每次都必須按規(guī)定的混合比，成對一次性進行混合，并在規(guī)定的混合使用期限內用完。

用動力攪拌器攪拌基料（A），將全部的固化劑（B）和基料（A）調和在一起，繼續(xù)用動力攪拌器徹底攪拌混合均勻。施工過程中，為防止沉淀，需要用動力攪拌器不斷攪拌。A、B組分的體積混合比為V（A）∶V（B）=3.5∶1，不同溫度下的混合使用時間見表5。

表5 不同溫度下的混合使用時間Table 5 Mixed use time at different temperatures

（2） 干燥時間和覆涂間隔：經過長時間的暴露風化，漆膜表面需干燥無污物。干燥時間和覆涂間隔時間見表6。

表6 干燥時間和覆涂間隔時間Table 6 Drying time and overcoat intervals

施工時應注意避免漆膜涂覆過厚，干膜厚度不宜超過150 μm，還應避免干噴涂，否則會使覆涂層出現(xiàn)針孔。

2.2.4 水性聚氨酯面漆的施工

（1） 面漆采用上海海隆賽能新材料公司生產的HilonDeco PU 9460水性聚氨酯面漆，顏色：藍色。設計干膜膜厚50 μm，相當于濕膜厚度102 μm（干膜厚60 μm相當于濕膜厚度125 μm），避免涂覆過厚。涂覆方式：高壓無氣噴涂、空氣噴涂、刷涂，不推薦使用輥涂。環(huán)境要求：環(huán)境溫度在10～35 ℃，相對濕度在30%～80%，構件表面溫度大于露點溫度3 ℃以上，風速0.1～0.5 m/s。稀釋劑：自來水，稀釋劑的加入量應根據天氣和設備的狀況進行調整，一般在1%～5%之間。該產品分二罐包裝，組成一個單元，每次都必須按規(guī)定的混合比，成對一次性進行混合，并在規(guī)定的混合使用期限內用完。

用動力攪拌器攪拌基料（A），將全部的固化劑（B）和基料（A）調和在一起，繼續(xù)用動力攪拌器徹底攪拌混合均勻。施工過程中，為防止沉淀，需要用動力攪拌器不斷攪拌，A、B組分的體積混合比為V（A）∶V（B）=4∶1。不同溫度下的混合使用時間見表7。

表7 不同溫度下的混合使用時間Table 7 Mixed use time at different temperatures

（2） 干燥時間和覆涂間隔：經過長時間的暴露風化，漆膜表面需干燥無污物。干燥時間和覆涂間隔時間見表8。

表8 干燥時間和覆涂間隔時間Table 8 Drying time and overcoat intervals

施工時應注意避免涂覆過厚，干膜厚度不宜超過80 μm，還應避免干噴涂，否則會使覆涂層出現(xiàn)針孔。

2.3 施工條件

（1） 當溫度低于10 ℃或高于35 ℃時，必須采取措施來改善氣候條件達到可以接受的范圍。

（2） 如果相對濕度超過80%或者鋼板溫度低于露點3 ℃時，不能進行最終噴砂或涂漆施工。下雨下雪、基材表面有水、冰或者大霧天氣，不能進行涂漆施工。

（3） 干膜厚度的測量按照2個80%執(zhí)行，即80%的測量點要達到規(guī)定的干膜厚度，余下20%的測量點的膜厚要達到規(guī)定膜厚的80%。干膜厚度的檢測按照ISO 2808和SSPC PA2進行。

（4） 噴砂和涂漆必須在廠房內進行，且不能同時進行。由于噴漆車間緊挨著噴砂車間，灰塵極易飛散并沉降在新涂漆表面，因此噴砂開始前必須根據相關產品說明書檢查漆膜的干燥程度，以免造成灰塵污染。

2.4 現(xiàn)場修補作業(yè)

（1） 所有損傷的涂層，包括運輸、裝卸、架設、電焊、切割以及其它所有火工作業(yè)所造成的漆膜損傷，都要在現(xiàn)場進行修補工作。

（2） 損傷部位周邊的完好涂層必須輕輕打毛，并打磨成平滑的過渡層，保證修補部位平滑過渡。

（3） 修補工作開始前，要先對漆膜損傷有一個評估，然后作出修補計劃。修補工作總是從損壞的那道涂層開始。

（4） 修補方案：面漆損傷（底漆完整），用80～100目砂紙或砂輪片打磨，用稀釋劑清潔表面后，薄薄地涂上HilonGuard 2710底漆，再補涂HilonDeco PU 9460面漆（50～75 μm）；底漆損傷（無銹），用80～100目砂紙打磨，用HilonGuard 2710底漆修補（100～125 μm），再修補2道HilonDeco PU 9460面漆（50～75 μm）；損傷到鋼板，漆膜燒壞部位（返銹），用砂紙片打磨后，用HilonGuard 2710底漆修補（100～125 μm），再修補2道HilonDeco PU 9460面漆（50～75 μm）。

3 試驗數據和分析

3.1 涂料狀態(tài)

檢查涂料在容器中的狀態(tài)，要求漆料無硬結塊和霉變等現(xiàn)象，確保涂料容易混合均勻。

3.2 施工狀態(tài)

施工時霧化良好，按設計膜厚要求噴涂時無流掛。

3.3 漆膜外觀

漆膜干燥后外觀正常，無明顯氣泡、針孔、流掛、顏色不均等外觀缺陷，采用照片記錄漆膜外觀。

3.4 漆膜厚度

干膜厚度的測量按照2個80%執(zhí)行，即80%的測量點要達到規(guī)定的干膜厚度，余下20%的測量點的膜厚要達到規(guī)定膜厚的80%。干膜厚度的檢查按照ISO 2808和SSPC PA2執(zhí)行。

3.5 漆膜附著力

檢測方法：每種類型的涂層表面附著力測試應在漆膜完全硬化后（漆膜固化7 d以上）的試件（或零件）上進行。采用GB/T 5210—2006拉開法進行測試，并可采用劃叉法進行定性分析。要求：采用拉開法測試所取點的試驗拉力≥5 MPa（附著力測試不出現(xiàn)A/B類破壞，且內聚力破壞至少達到50%）。

3.6 漆膜的型式試驗

（1） 耐鹽霧試驗

試驗方法：按照GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》進行試驗；按GB/T 1766—2008《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》進行評級。要求：（1）劃線法：試驗時間≥720 h，劃線的單邊腐蝕擴展寬度＜2 mm（ISO 12944—6—2017），未劃線區(qū)域的漆膜表面不發(fā)生起泡、生銹或脫落等異?，F(xiàn)象；（2）非劃線法：試驗時間≥2 000 h，試驗后綜合評級為0級或1級，且漆膜無起泡、生銹或脫落等現(xiàn)象。

（2） 耐濕熱試驗

試驗方法：根據GB/T 13893—2008《色漆和清漆 耐濕性的測定-連續(xù)冷凝法》進行測定，按GB/T 1766—2008進行評級。要求：試驗時間≥480 h，測試結果為0級或1級，漆膜無起泡、銹蝕或脫落等異?，F(xiàn)象。

（3） 人工加速老化（氙燈）試驗

試驗方法：按照GB/T 1865—2009《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射》進行試驗，按GB/T 1766—2008進行評級。要求：試驗時間≥1 000 h，人工加速老化試驗后漆膜不生銹、不起泡、不開裂、不粉化，允許變色2級和失光2級。

（4） 耐油性試驗

試驗方法：按照GB/T 9274—1988《色漆和清漆耐液體介質的測定》進行測試，浸泡用油品采用Shell Tellus S2 V 46、Esso Univis HVI 26、Shell Tellus S4 VX 32或者符合GB 11118.1—2011《液壓油》標準要求的油品。要求：浸泡時間≥720 h，浸泡后漆膜無軟化、起泡和脫落等異?，F(xiàn)象。

（5） 循環(huán)老化試驗

試驗方法：依據ISO 20340—2009附錄A的程序A，并結合風電機組安裝和運行于風電場的實際環(huán)境條件進行模擬試驗，采用的循環(huán)時間為1周（168 h），其包括以下3個階段，根據GB/T 1766—2008進行試驗和評級。

第1階段，72 h紫外線和水冷凝的交叉試驗，依照GB/T 23987—2009《色漆和清漆 涂層的人工氣候老化曝露-曝露于熒光紫外線和水》進行，4 h紫外線照射（60±3）℃和4 h水冷凝（50±3）℃交叉進行，紫外線為2型紫外燈UVA 340 nm；

第2階段，72 h鹽霧試驗，依照GB/T 1771—2007《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》進行試驗；

第3階段，24 h低溫（-40±2）℃暴露試驗。

要求：在UV/冷凝循環(huán)期間，以UV開始，以冷凝結束；在鹽霧和低溫暴露之間，用去離子水清洗試板，不用干燥；低溫暴露開始階段，應在30 min內達到（-40±2）℃。試樣經過上述10個周期（1 680 h）循環(huán)試驗后，漆膜失光率≤5%，且漆膜表面未出現(xiàn)起泡、開裂、剝落等異?，F(xiàn)象。

4 結語

水性防腐涂料的施工過程較溶劑型涂料的控制和要求更為嚴格，在試驗過程中應及時收集施工現(xiàn)場的環(huán)境數據和涂裝信息，并結合第三方權威檢測單位進行樣品測試的數據，綜合分析試驗檢測和型式試驗結果，形成應用試驗的總結和分析報告，為后續(xù)擴大水性防腐涂料在風電零部件上的防腐應用和施工操作積累數據及經驗。