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1、www.crrcgc.cc海上风电叶片防腐技术研究及应用进展2023年11月目录12时代新材介绍时代新材介绍3风电叶片金属件防腐技术研究风电叶片金属件防腐技术研究风电叶片涂层防腐风电叶片涂层防腐技术技术研究研究3361%39%时代新材2022销售收入区域分布国内国外 时代新材是中国中车旗下一级子公司、A股上市企业(600458),新材料产业平台。始建于1984年,其前身为原铁道部株洲电力机车研究所橡胶试验室,2002年12月在上交所上市。以高分子合成改性技术为核心,产品延伸到橡胶、塑料、复合材料、功能材料等多个领域,在轨道交通、风电、汽车、特种装备等多个行业实现大规模工程化应用,2022年,公
2、司销售规模达到150亿元亿元,在7个国家拥有子公司和办事机构,国际化指数40%的创新型高科技企业。北美北美拉美拉美欧洲欧洲澳大利亚澳大利亚 BOGE 美国公司 BOGE巴西公司 BOGE墨西哥公司 德国控股 BOGE德国公司 BOGE西蒙工厂 BOGE波恩工厂 BOGE特纳瓦工厂 BOGE丰特内工厂 波恩研发中心 达默研发中心 欧洲创新中心代尔克公司亚洲亚洲 株洲总部 时代新材风电叶片-天津工厂 时代新材风电叶片-光明工厂 时代新材风电叶片时代新材风电叶片-射阳工厂射阳工厂 时代新材风电叶片时代新材风电叶片-动力谷工厂动力谷工厂 时代新材宏吉公司 时代新材华轩公司 香港子公司 力克橡塑公司 B
3、OGE上海青浦公司 BOGE无锡公司 BOGE日本公司 株洲技术中心 BOGE亚太研发中心1.1、时代新材介绍4时代新材以高分子复合材料研究及工程化应用为核心,产品面向轨道交通、风力发电、汽车和新材料等市场55亿35亿60亿3亿新材料业务+环保业务+JG产业新材料主要包括芳纶制品等新型功能高分子材料,在国内同行业处于领先地位,达到国际先进水平风力发电业务主要包括风电叶片产品和风电减振产品风电减振行业:全球前二风电叶片行业:全球前三、国内前二叶片技术全球领先轨道交通业务产品立体式服务轨道交通,包括移动装备,线路建设和工程项目。具备提供从部件到系统,从统型产品到定制,从产品到整体方案到全面交钥匙工
4、程的核心能力。车辆减振产品全球第一,线桥减振产品国内行业前三。唯一一家同时与全球主要机车车辆制造商建立战略合作的企业。汽车业务主要包括BOGE公司旗下橡胶塑料业务和时代新材原有的汽车配件产品业务汽车减振及轻量化:全球第三公司生产的主动减振和塑料踏板箱在全球第一个批量装车推广应用2022年年销销售售收收入入150亿亿株洲电机、永济电机1.1、时代新材介绍51.2、风电产品事业部介绍专注于风电叶片的研发、生产、销售及运维服务。在湖南、天津、江苏、内蒙古、吉林、黑龙江建有七大叶片生产基地,年产能超过4000套,产能布局覆盖国内东、南、西、北区域,适合海上、海外供货。61.2、风电产品事业部介绍目录2
5、风电叶片金属件防腐技术研究风电叶片金属件防腐技术研究82.1、风电叶片、风电叶片金属件防腐背景介绍金属件防腐背景介绍金属受到环境的影响,借着化学或电化学反应所造成之破坏性侵害,称为腐蚀,几乎所有的金属制品,在一定的环境中,都会有若干型态之腐蚀现象,而紧固件是金属制品,自然无法避免金属腐蚀的问题,其使用的环境及时间不同时,腐蚀的现象亦有明显的差异。海面上,大气中之盐份及湿度极高,对金属腐蚀性极高,造成紧固件的腐蚀断裂,法兰盘腐蚀开裂和避雷金属件的锈蚀失效,所以对于金属腐蚀必须重视及优先解决的问题。92.2、风电叶片、风电叶片金属件防腐技术研究金属件防腐技术研究风电叶片上所包含的金属件有:紧固件、
6、法兰、避雷件。紧固件、法兰为钢制品,自身防腐能力较弱,需进行特定防护处理,而紧固件作为结构件,为保证其使用过程的安全可靠性,防腐要求更高。避雷件主要作为雷电传导体,腐蚀将影响传导性能,为保证其功能性,一般选择电性能良好、防腐性较高的金属制品。金属防腐方法1.控制使用环境4.控制材料与环境的界面2.改良金属结构设计3.控制材料本身不适用于叶片金属件102.2、风电叶片、风电叶片金属件防腐技术研究金属件防腐技术研究保护层应符合以下要求1.耐蚀、耐磨、高硬度2.结构紧密、完整、孔隙小3.与基体金属结合牢固、粘结力好4.均匀分布且有一定厚度控制材料与环境的界面表面处理材料的化学成分表面处理使用的材料工
7、艺名称工作原理工艺操作分类有机材料电泳漆电泳涂装电解反应阴极电泳无机材料磷酸盐溶液磷化化学转化浸泡封闭硫酸/铬酸/草酸溶液氧化-发黑或发蓝电镀锌/锌铁/锌镍等金属化合物溶液电镀电解反应阴极保护涂镀高温锌/铝溶液热浸镀锌/铝锌铝涂料锌铝涂覆浸涂/刷涂/喷涂风电紧固件防腐112.2、风电叶片、风电叶片金属件防腐技术研究金属件防腐技术研究热浸锌基本介绍热浸锌是把被镀件浸入熔融的金属液中,使其表面形成镀层的方法。热浸锌层金属的熔点要比基体金属低得多,例如锌、铝、铅及其合金。用热浸法可得到相当厚的镀层,且很少有疏孔,相比于其他电镀层具有较佳的耐蚀性。在相同的腐蚀环境中,热浸式镀层的使用寿命较长,且有较强
8、的结合力。新增涂层成分性能均不变热浸锌工艺简单,防腐效果满足要求,但成本较高,易产生废气烟尘污染,涂层厚度不易控制,表面不均匀。122.2、风电叶片、风电叶片金属件防腐技术研究金属件防腐技术研究达克罗基本介绍达克罗处理也主要由锌片、铝片、铬酐及部分有机添加剂组成,成膜过程中六价铬大部分转化为三价铬,形成Cr2O3+CrO3,作为粘结剂将基体与铝片、锌片等相互连结,构成立体网状结构,其防腐机理是屏蔽、钝化及电化学保护三者的综合作用。一般在8-25m;盐雾试验要求:720h-1500h,有良好的耐腐蚀性能,耐化学稳定性和耐温性能。扭矩预紧力一致性能很好。无氢脆问题,无需另作去氢热处理,环境友好。1
9、32.2、风电叶片、风电叶片金属件防腐技术研究金属件防腐技术研究两种防腐方法对比防腐方法优势劣势热浸锌1.防腐效果满足要求2.工艺简单1.成本高2.防腐效果不及达克罗3.涂层厚度不易控制普通达克罗1.防腐效果好2.经济3.涂层厚度薄、表面光滑1.工艺较复杂2.普通达克罗含铬不环保锌铬防腐涂层对比热浸锌艺成本要低6-8倍,且防腐性能更优,涂层均匀厚度易控制,外观较好,风电紧固件目前绝大部分采用锌铬防护(达克罗)锌铬防护(达克罗)。142.3、风电叶片、风电叶片金属件防腐应用进展金属件防腐应用进展紧固件达克罗工艺介绍有机溶剂除油 机械抛丸喷涂烘烤二次喷涂烘烤三次喷涂烘烤干燥涂层的耐蚀性能指标根据I
10、SO10683标准的规定:对涂层厚度进行控制,同时采用多涂多烘的工艺手段实现。152.3、风电叶片、风电叶片金属件防腐应用进展金属件防腐应用进展紧固件防腐评估方法介绍中性盐雾试验(ISO 7253)蒸汽试验(ISO 6270)浸水/耐化学试验(ISO 2812-1,2)紧固件防腐性能的基本的测试方法:腐蚀等级防腐年限性能测试方法(不允许有缺陷)*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、风电叶片、风电叶片金属件防腐应用进展金属件防腐应用进展紧固件防腐评估方法介绍中性盐雾试验(ISO 7253)1.盐雾试验箱温度:35;饱和桶温度:47;2.喷雾压力1.0kg/cm2;3.试验溶液为(505)g/L的NaCl水溶液,水为去离子水,盐为分析纯NaCl,pH为6.57.2,喷雾量为(1.02.0)ml/80cm2/h。4.试样放置角度:试样表面与垂直方向成1525。状态螺套连接螺栓试验前1440h中性盐雾试验后172.3、
12、风电叶片、风电叶片金属件防腐应用进展金属件防腐应用进展紧固件达克罗防腐效果实验1440h,试样表面颜色颜色变深,有一层轻微白色腐蚀物,均无红锈,符合风电防腐等级要求。182.3、风电叶片、风电叶片金属件防腐应用进展金属件防腐应用进展紧固件达克罗发展趋势普通达克罗因含有六价铬,发达国家已严格禁止在本土 进行锌铬涂层(普通达克罗)的生产和涂覆工作。在环保要求越来越严的国内,普通达克罗未来可能也将面临淘汰,使用环保达克罗将成为发展趋势。面涂层底涂层底涂层两底一面1.主要成分为锌、铝等,不含铬,无污染2.三层防护,耐腐蚀性强3.与基体结合性强4.不会出现氢脆现象5.工艺温度低,有利于螺栓性能环保达克罗
13、将是未来的选择!环保达克罗将是未来的选择!目录3风电叶片涂层防腐技术研究风电叶片涂层防腐技术研究Page 203.1.风电叶片涂层防腐技术研究背景风电叶片涂层防腐技术研究背景由于风机所处的地域宽广,会遭遇各种恶劣环境的影响,如陆地风沙侵蚀、沿海及海上的盐雾腐蚀、温差变化、紫外辐射老化等,加之叶片玻璃钢基材本身不耐老化,因此需要采取各种涂层等保护措施来保护风电叶片。近年来,风电场建设已出现从陆地向近海乃至远海发展的趋势。与陆地风电相比,海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场要高,还具有不占地、风速高、沙尘少等优势,但海上风电相对陆地来说还是一种新科技,在节约成本、科技创新、售后维护等方面有着巨大
14、的挑战。由于海上高盐雾、高温高湿、高雨蚀环境,面临着叶片产品表面防腐的重大挑战。Page 213.1.风电叶片涂层防腐技术研究背景风电叶片涂层防腐技术研究背景设计和制造叶片时要考虑环境因素的影响,应进行耐环境设计,采取相应措施,使其具有较高的环境适应性。叶片在一定程度上暴露在海上腐蚀性环境条件下并且不容易接近。由于运行条件的原因,在许多情况下不可能重做防腐层,维护成本极高;因此重视设计、材料选择和防腐保护措施特别重要,防腐和减轻腐蚀的结构设计对防腐的实施、效果和可修理性具有重大的影响。因此要求叶片表面保护涂料能提高叶片耐紫外线老化、耐风沙侵蚀以及耐湿热、盐雾腐蚀等能力。Page 223.1.风
15、电叶片涂层防腐技术研究背景风电叶片涂层防腐技术研究背景风机叶片在运行过程中,尤其是海上叶片,前缘是最容易遭受侵蚀的部位,在遭受侵蚀尤其是雨蚀会后造成表面保护材料磨损,进而玻璃钢基材出现砂眼甚至胶黏剂磨穿的现象,影响发电效率,最终可能导致叶片破裂,目前陆上及海上叶片大型化发展,叶尖转速不断提高,对叶片前缘部位进行加强保护显得更加迫切。Page 233.1.风电叶片涂层防腐技术研究背景风电叶片涂层防腐技术研究背景事实表明降雨量与叶片前缘受损情况几乎成正相关。就降雨量而言:海上海南云贵川东南沿海东北华北西北。叶片受损情况与上述情况一致,因此雨水是前缘侵蚀雨水是前缘侵蚀的主因的主因。前缘撞击水滴高清摄
16、像全国降水分布图Page 243.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况叶片防护的多维度评估叶片防护的多维度评估叶片涂层体系设计叶片涂层体系设计风电叶片防护涂层材料不局限于单一的某种材料,而是几种树脂的配套使用结合各种填料、助剂、催化剂等使涂料性能更趋优异,合理设计配方,以获得性能全面的风电叶片涂料。Page 253.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况水性漆的应用及绿色涂装成为不可逆趋势!Page 263.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况高固含High solid content水性化Waterborneor风电叶片涂
17、料的转型方向Page 273.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况增加涂层厚度:涂层/基底界面处应力的大小随着涂层厚度的增加而减小应力随涂层厚度变化图多涂层结构改善涂层的结构:聚合物改性、多涂层、吸能涂层等波的传播随距离和衰减系数呈指数衰减:波的传播随距离和衰减系数呈指数衰减:A=A0 exp-d A是终点的振幅、是终点的振幅、A0是初始位置的振幅、是初始位置的振幅、d是波传播的距离、是波传播的距离、是衰减系数是衰减系数海上大面涂层需采用胶衣+水性漆的方案,往往在200um以上!Page 283.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况 降低施工环境
18、温湿度对油漆施工影响;高固含水性漆;高固含胶衣消光问题。关于水性化的几点思考Page 293.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况 叶在液滴冲击固体表面时,液滴对固体表面先产生压缩波,再产生剪切波和瑞利波。普通聚氨酯涂层在雨水的高频冲击下逐渐积累损伤、裂纹,裂纹逐渐扩展,最终导致涂层的剥落击穿,需开发使用兼具高强度、高韧性、抗老化的特殊聚氨酯弹性体。液滴冲击固体表面行为示意图涂层结构图前缘损伤过程关于前缘保护Page 303.2.风电叶片涂层防腐技术研究概况风电叶片涂层防腐技术研究概况结构决定性能高性能前缘保护漆微相分离第一代LEP(WU200等)第二代第二代LEP第三
19、代第三代LEP强度韧性雨蚀开发研究兼具高强度和高韧性的前缘保护涂层第一代第一代LEPPage 313.3.风电叶片涂层防腐技术研究展望风电叶片涂层防腐技术研究展望施工过程效率偏低温湿度要求较高膜厚不均一,缺陷多由于保护膜是进行预制的产品,往往其性能优异、稳定性好、缺陷少、膜厚恒定均一,往往用在海上叶片的靠近叶尖的前缘处,成为未来发展的重要方向。前缘保护膜的应用Page 323.3.风电叶片涂层防腐技术研究展望风电叶片涂层防腐技术研究展望技术项点雨蚀参数降雨量31mm/h雨滴尺寸2.32.5mm尖部线速度160m/s中部线速度134m/s根部线速度108m/s样件初始破坏时间击穿时间测试地点BLEP28h50hIndtech性能优异TMT自研前缘保护方案粘接强度达80-100N/cm,无需担心风场粘接失效!2023年12月4日CRRC谢谢!