05-海上風電葉片防腐技術研究及應用進展時代新材黃明富 202311.pdf

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1、www.crrcgc.cc海上風電葉片防腐技術研究及應用進展2023年11月目錄12時代新材介紹時代新材介紹3風電葉片金屬件防腐技術研究風電葉片金屬件防腐技術研究風電葉片涂層防腐風電葉片涂層防腐技術技術研究研究3361%39%時代新材2022銷售收入區域分布國內國外 時代新材是中國中車旗下一級子公司、A股上市企業（600458），新材料產業平臺。始建于1984年，其前身為原鐵道部株洲電力機車研究所橡膠試驗室，2002年12月在上交所上市。以高分子合成改性技術為核心，產品延伸到橡膠、塑料、復合材料、功能材料等多個領域，在軌道交通、風電、汽車、特種裝備等多個行業實現大規模工程化應用，2022年，公

2、司銷售規模達到150億元億元，在7個國家擁有子公司和辦事機構，國際化指數40%的創新型高科技企業。北美北美拉美拉美歐洲歐洲澳大利亞澳大利亞 BOGE 美國公司 BOGE巴西公司 BOGE墨西哥公司 德國控股 BOGE德國公司 BOGE西蒙工廠 BOGE波恩工廠 BOGE特納瓦工廠 BOGE豐特內工廠 波恩研發中心 達默研發中心 歐洲創新中心代爾克公司亞洲亞洲 株洲總部 時代新材風電葉片-天津工廠 時代新材風電葉片-光明工廠 時代新材風電葉片時代新材風電葉片-射陽工廠射陽工廠 時代新材風電葉片時代新材風電葉片-動力谷工廠動力谷工廠 時代新材宏吉公司 時代新材華軒公司 香港子公司 力克橡塑公司 B

3、OGE上海青浦公司 BOGE無錫公司 BOGE日本公司 株洲技術中心 BOGE亞太研發中心1.1、時代新材介紹4時代新材以高分子復合材料研究及工程化應用為核心，產品面向軌道交通、風力發電、汽車和新材料等市場55億35億60億3億新材料業務+環保業務+JG產業新材料主要包括芳綸制品等新型功能高分子材料，在國內同行業處于領先地位，達到國際先進水平風力發電業務主要包括風電葉片產品和風電減振產品風電減振行業：全球前二風電葉片行業：全球前三、國內前二葉片技術全球領先軌道交通業務產品立體式服務軌道交通，包括移動裝備，線路建設和工程項目。具備提供從部件到系統，從統型產品到定制，從產品到整體方案到全面交鑰匙工

4、程的核心能力。車輛減振產品全球第一，線橋減振產品國內行業前三。唯一一家同時與全球主要機車車輛制造商建立戰略合作的企業。汽車業務主要包括BOGE公司旗下橡膠塑料業務和時代新材原有的汽車配件產品業務汽車減振及輕量化：全球第三公司生產的主動減振和塑料踏板箱在全球第一個批量裝車推廣應用2022年年銷銷售售收收入入150億億株洲電機、永濟電機1.1、時代新材介紹51.2、風電產品事業部介紹專注于風電葉片的研發、生產、銷售及運維服務。在湖南、天津、江蘇、內蒙古、吉林、黑龍江建有七大葉片生產基地，年產能超過4000套，產能布局覆蓋國內東、南、西、北區域，適合海上、海外供貨。61.2、風電產品事業部介紹目錄2

5、風電葉片金屬件防腐技術研究風電葉片金屬件防腐技術研究82.1、風電葉片、風電葉片金屬件防腐背景介紹金屬件防腐背景介紹金屬受到環境的影響，借著化學或電化學反應所造成之破壞性侵害，稱為腐蝕，幾乎所有的金屬制品，在一定的環境中，都會有若干型態之腐蝕現象，而緊固件是金屬制品，自然無法避免金屬腐蝕的問題，其使用的環境及時間不同時，腐蝕的現象亦有明顯的差異。海面上，大氣中之鹽份及濕度極高，對金屬腐蝕性極高，造成緊固件的腐蝕斷裂，法蘭盤腐蝕開裂和避雷金屬件的銹蝕失效，所以對于金屬腐蝕必須重視及優先解決的問題。92.2、風電葉片、風電葉片金屬件防腐技術研究金屬件防腐技術研究風電葉片上所包含的金屬件有：緊固件、

6、法蘭、避雷件。緊固件、法蘭為鋼制品，自身防腐能力較弱，需進行特定防護處理，而緊固件作為結構件，為保證其使用過程的安全可靠性，防腐要求更高。避雷件主要作為雷電傳導體，腐蝕將影響傳導性能，為保證其功能性，一般選擇電性能良好、防腐性較高的金屬制品。金屬防腐方法1.控制使用環境4.控制材料與環境的界面2.改良金屬結構設計3.控制材料本身不適用于葉片金屬件102.2、風電葉片、風電葉片金屬件防腐技術研究金屬件防腐技術研究保護層應符合以下要求1.耐蝕、耐磨、高硬度2.結構緊密、完整、孔隙小3.與基體金屬結合牢固、粘結力好4.均勻分布且有一定厚度控制材料與環境的界面表面處理材料的化學成分表面處理使用的材料工

7、藝名稱工作原理工藝操作分類有機材料電泳漆電泳涂裝電解反應陰極電泳無機材料磷酸鹽溶液磷化化學轉化浸泡封閉硫酸/鉻酸/草酸溶液氧化-發黑或發藍電鍍鋅/鋅鐵/鋅鎳等金屬化合物溶液電鍍電解反應陰極保護涂鍍高溫鋅/鋁溶液熱浸鍍鋅/鋁鋅鋁涂料鋅鋁涂覆浸涂/刷涂/噴涂風電緊固件防腐112.2、風電葉片、風電葉片金屬件防腐技術研究金屬件防腐技術研究熱浸鋅基本介紹熱浸鋅是把被鍍件浸入熔融的金屬液中，使其表面形成鍍層的方法。熱浸鋅層金屬的熔點要比基體金屬低得多，例如鋅、鋁、鉛及其合金。用熱浸法可得到相當厚的鍍層，且很少有疏孔，相比于其他電鍍層具有較佳的耐蝕性。在相同的腐蝕環境中，熱浸式鍍層的使用壽命較長，且有較強

8、的結合力。新增涂層成分性能均不變熱浸鋅工藝簡單，防腐效果滿足要求，但成本較高，易產生廢氣煙塵污染，涂層厚度不易控制，表面不均勻。122.2、風電葉片、風電葉片金屬件防腐技術研究金屬件防腐技術研究達克羅基本介紹達克羅處理也主要由鋅片、鋁片、鉻酐及部分有機添加劑組成，成膜過程中六價鉻大部分轉化為三價鉻，形成Cr2O3+CrO3，作為粘結劑將基體與鋁片、鋅片等相互連結，構成立體網狀結構，其防腐機理是屏蔽、鈍化及電化學保護三者的綜合作用。一般在8-25m；鹽霧試驗要求：720h-1500h，有良好的耐腐蝕性能，耐化學穩定性和耐溫性能。扭矩預緊力一致性能很好。無氫脆問題，無需另作去氫熱處理，環境友好。1

9、32.2、風電葉片、風電葉片金屬件防腐技術研究金屬件防腐技術研究兩種防腐方法對比防腐方法優勢劣勢熱浸鋅1.防腐效果滿足要求2.工藝簡單1.成本高2.防腐效果不及達克羅3.涂層厚度不易控制普通達克羅1.防腐效果好2.經濟3.涂層厚度薄、表面光滑1.工藝較復雜2.普通達克羅含鉻不環保鋅鉻防腐涂層對比熱浸鋅藝成本要低6-8倍，且防腐性能更優，涂層均勻厚度易控制，外觀較好，風電緊固件目前絕大部分采用鋅鉻防護（達克羅）鋅鉻防護（達克羅）。142.3、風電葉片、風電葉片金屬件防腐應用進展金屬件防腐應用進展緊固件達克羅工藝介紹有機溶劑除油 機械拋丸噴涂烘烤二次噴涂烘烤三次噴涂烘烤干燥涂層的耐蝕性能指標根據I

10、SO10683標準的規定：對涂層厚度進行控制，同時采用多涂多烘的工藝手段實現。152.3、風電葉片、風電葉片金屬件防腐應用進展金屬件防腐應用進展緊固件防腐評估方法介紹中性鹽霧試驗(ISO 7253)蒸汽試驗(ISO 6270)浸水/耐化學試驗(ISO 2812-1,2)緊固件防腐性能的基本的測試方法：腐蝕等級防腐年限性能測試方法(不允許有缺陷)*ISO 2812-1ISO 6270*ISO 7253C4低-120 hrs240 hrs中-240 hrs480 hrs高-480 hrs720 hrsC5-I低168 hrs240 hrs480 hrs中168 hrs480 hrs720 hrs高

11、168 hrs720 hrs1440 hrsC5-M低-240 hrs480 hrs中-480 hrs720 hrs高-720 hrs1440 hrs162.3、風電葉片、風電葉片金屬件防腐應用進展金屬件防腐應用進展緊固件防腐評估方法介紹中性鹽霧試驗(ISO 7253)1.鹽霧試驗箱溫度：35；飽和桶溫度：47；2.噴霧壓力1.0kg/cm2；3.試驗溶液為（505）g/L的NaCl水溶液，水為去離子水，鹽為分析純NaCl，pH為6.57.2，噴霧量為（1.02.0）ml/80cm2/h。4.試樣放置角度：試樣表面與垂直方向成1525。狀態螺套連接螺栓試驗前1440h中性鹽霧試驗后172.3、

12、風電葉片、風電葉片金屬件防腐應用進展金屬件防腐應用進展緊固件達克羅防腐效果實驗1440h，試樣表面顏色顏色變深，有一層輕微白色腐蝕物，均無紅銹，符合風電防腐等級要求。182.3、風電葉片、風電葉片金屬件防腐應用進展金屬件防腐應用進展緊固件達克羅發展趨勢普通達克羅因含有六價鉻，發達國家已嚴格禁止在本土 進行鋅鉻涂層（普通達克羅）的生產和涂覆工作。在環保要求越來越嚴的國內，普通達克羅未來可能也將面臨淘汰，使用環保達克羅將成為發展趨勢。面涂層底涂層底涂層兩底一面1.主要成分為鋅、鋁等，不含鉻，無污染2.三層防護，耐腐蝕性強3.與基體結合性強4.不會出現氫脆現象5.工藝溫度低，有利于螺栓性能環保達克羅

13、將是未來的選擇！環保達克羅將是未來的選擇！目錄3風電葉片涂層防腐技術研究風電葉片涂層防腐技術研究Page 203.1.風電葉片涂層防腐技術研究背景風電葉片涂層防腐技術研究背景由于風機所處的地域寬廣，會遭遇各種惡劣環境的影響，如陸地風沙侵蝕、沿海及海上的鹽霧腐蝕、溫差變化、紫外輻射老化等，加之葉片玻璃鋼基材本身不耐老化，因此需要采取各種涂層等保護措施來保護風電葉片。近年來，風電場建設已出現從陸地向近海乃至遠海發展的趨勢。與陸地風電相比，海上風電風能資源的能量效益比陸地風電場要高，還具有不占地、風速高、沙塵少等優勢，但海上風電相對陸地來說還是一種新科技，在節約成本、科技創新、售后維護等方面有著巨大

14、的挑戰。由于海上高鹽霧、高溫高濕、高雨蝕環境，面臨著葉片產品表面防腐的重大挑戰。Page 213.1.風電葉片涂層防腐技術研究背景風電葉片涂層防腐技術研究背景設計和制造葉片時要考慮環境因素的影響，應進行耐環境設計，采取相應措施，使其具有較高的環境適應性。葉片在一定程度上暴露在海上腐蝕性環境條件下并且不容易接近。由于運行條件的原因，在許多情況下不可能重做防腐層，維護成本極高；因此重視設計、材料選擇和防腐保護措施特別重要，防腐和減輕腐蝕的結構設計對防腐的實施、效果和可修理性具有重大的影響。因此要求葉片表面保護涂料能提高葉片耐紫外線老化、耐風沙侵蝕以及耐濕熱、鹽霧腐蝕等能力。Page 223.1.風

15、電葉片涂層防腐技術研究背景風電葉片涂層防腐技術研究背景風機葉片在運行過程中，尤其是海上葉片，前緣是最容易遭受侵蝕的部位，在遭受侵蝕尤其是雨蝕會后造成表面保護材料磨損，進而玻璃鋼基材出現砂眼甚至膠黏劑磨穿的現象，影響發電效率，最終可能導致葉片破裂，目前陸上及海上葉片大型化發展，葉尖轉速不斷提高，對葉片前緣部位進行加強保護顯得更加迫切。Page 233.1.風電葉片涂層防腐技術研究背景風電葉片涂層防腐技術研究背景事實表明降雨量與葉片前緣受損情況幾乎成正相關。就降雨量而言：海上海南云貴川東南沿海東北華北西北。葉片受損情況與上述情況一致，因此雨水是前緣侵蝕雨水是前緣侵蝕的主因的主因。前緣撞擊水滴高清攝

16、像全國降水分布圖Page 243.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況葉片防護的多維度評估葉片防護的多維度評估葉片涂層體系設計葉片涂層體系設計風電葉片防護涂層材料不局限于單一的某種材料,而是幾種樹脂的配套使用結合各種填料、助劑、催化劑等使涂料性能更趨優異，合理設計配方,以獲得性能全面的風電葉片涂料。Page 253.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況水性漆的應用及綠色涂裝成為不可逆趨勢！Page 263.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況高固含High solid content水性化Waterborneor風電葉片涂

17、料的轉型方向Page 273.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況增加涂層厚度：涂層/基底界面處應力的大小隨著涂層厚度的增加而減小應力隨涂層厚度變化圖多涂層結構改善涂層的結構：聚合物改性、多涂層、吸能涂層等波的傳播隨距離和衰減系數呈指數衰減：波的傳播隨距離和衰減系數呈指數衰減：A=A0 exp-d A是終點的振幅、是終點的振幅、A0是初始位置的振幅、是初始位置的振幅、d是波傳播的距離、是波傳播的距離、是衰減系數是衰減系數海上大面涂層需采用膠衣+水性漆的方案，往往在200um以上！Page 283.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況 降低施工環境

18、溫濕度對油漆施工影響；高固含水性漆；高固含膠衣消光問題。關于水性化的幾點思考Page 293.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況 葉在液滴沖擊固體表面時，液滴對固體表面先產生壓縮波，再產生剪切波和瑞利波。普通聚氨酯涂層在雨水的高頻沖擊下逐漸積累損傷、裂紋，裂紋逐漸擴展，最終導致涂層的剝落擊穿，需開發使用兼具高強度、高韌性、抗老化的特殊聚氨酯彈性體。液滴沖擊固體表面行為示意圖涂層結構圖前緣損傷過程關于前緣保護Page 303.2.風電葉片涂層防腐技術研究概況風電葉片涂層防腐技術研究概況結構決定性能高性能前緣保護漆微相分離第一代LEP（WU200等）第二代第二代LEP第三

19、代第三代LEP強度韌性雨蝕開發研究兼具高強度和高韌性的前緣保護涂層第一代第一代LEPPage 313.3.風電葉片涂層防腐技術研究展望風電葉片涂層防腐技術研究展望施工過程效率偏低溫濕度要求較高膜厚不均一，缺陷多由于保護膜是進行預制的產品，往往其性能優異、穩定性好、缺陷少、膜厚恒定均一，往往用在海上葉片的靠近葉尖的前緣處，成為未來發展的重要方向。前緣保護膜的應用Page 323.3.風電葉片涂層防腐技術研究展望風電葉片涂層防腐技術研究展望技術項點雨蝕參數降雨量31mm/h雨滴尺寸2.32.5mm尖部線速度160m/s中部線速度134m/s根部線速度108m/s樣件初始破壞時間擊穿時間測試地點BLEP28h50hIndtech性能優異TMT自研前緣保護方案粘接強度達80-100N/cm，無需擔心風場粘接失效！2023年12月4日CRRC謝謝！