楊惠凡，張鵬，劉宗杰，曹瑞芳，趙慶軍

（1.保定華翼風(fēng)電葉片研究開發(fā)有限公司，保定 071000；2.河北省風(fēng)電葉片工程技術(shù)研究中心，石家莊 050000；3.石家莊市油漆廠，石家莊 050051）

0 引言

本項目研究開發(fā)葉片表面阻燃涂層材料，在葉片的特殊部位進行了噴涂應(yīng)用。結(jié)合美國NFPA850－2009《發(fā)電廠和高壓直流轉(zhuǎn)換站的防火推薦規(guī)定》推薦采用不燃材料制作風(fēng)電機組葉片和機艙等重要部件的要求，劃分防火分區(qū)，阻止火災(zāi)的蔓延，在葉片表面涂裝阻燃涂料可有效地降低葉片起火的概率，有針對性地采取了防火保護措施和防火分隔措施，使火災(zāi)損失降低到最小程度，提高葉片的再利用率。

1 風(fēng)電機組火災(zāi)的特點

1.1 惡劣的環(huán)境因素加劇了火災(zāi)風(fēng)險

風(fēng)電場一般占地面積大，且多處于野外偏遠地區(qū)，雷擊、太陽輻射、高溫、大風(fēng)、強降水等極端惡劣天氣多發(fā)，同時也存在山木、野草等外部火災(zāi)蔓延引起風(fēng)電機組火災(zāi)的可能性。

1.2 撲救難度大

風(fēng)電機組一旦發(fā)生火災(zāi)，由于地處偏遠、環(huán)境復(fù)雜，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)在高空，機組內(nèi)部電器和可燃液體燃燒具有起火快、燃燒猛烈、蔓延迅速等特點，消防人員無法快速到達并實施有效的滅火救援工作，只能等待整個風(fēng)電機組完全燒毀，甚至可能導(dǎo)致風(fēng)電機組附近草原、森林等更大面積火災(zāi)蔓延的嚴重后果，造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。

2 阻燃涂層的防火基理

風(fēng)電機組葉片阻燃涂層除具一般葉片涂層對基材保護性外，還具有阻燃、防火、隔熱等特性。葉片阻燃涂層就是將阻燃涂料涂覆于葉片表面形成的涂層，遇火受熱膨脹形成隔熱層以達到防火阻燃的目的，具有降低葉片表面的可燃性、阻滯火災(zāi)迅速蔓延等作用。

風(fēng)電葉片阻燃涂層在遇火或強熱時通過以下方式達到阻燃的效果：（1）通過涂層材料的不燃、難燃性來阻止火災(zāi)的形成和蔓延；（2）形成釉裝無機保護層以隔絕氧氣的接觸；（3）形成泡沫狀炭化層阻擋熱量的傳播；（4）釋放不燃性氣體降低氧氣濃度；（5）涂層部分熔融吸收外部熱量。最終形成一個比原涂層厚幾十倍的泡沫狀無機炭化層，可有效隔絕外部的火源和氧氣，起到阻燃、防火、隔熱的效果。

3 實驗部分

3.1 阻燃涂料的組成

甲組份：樹脂基料，復(fù)配阻燃劑，顏料，填料，助劑。

乙組份：三聚體異氰酸酯固化劑。

3.2 阻燃涂料的技術(shù)指標(biāo)和檢測數(shù)據(jù)

阻燃涂料技術(shù)性能和實測數(shù)據(jù)如表1所示。

4 阻燃涂層的施工工藝

4.1 確定涂裝部位

根據(jù)葉片的設(shè)計原理，參考葉片的實際運行情況，針對葉片易發(fā)生火災(zāi)的部位涂裝阻燃涂料，即將研制的阻燃涂料涂在葉片根部內(nèi)表面和人孔板外層、根部外層約1.5m～2m范圍、尖部約1.5m左右和接閃器附近（圖1）。根據(jù)需要也可在其他部位涂刷，比如主機輪轂內(nèi)側(cè)和塔筒配電柜等，為了節(jié)省成本還可以將預(yù)計涂刷阻燃涂層的部位打磨葉片蒙皮后直接噴涂阻燃涂料，也可在葉片涂層表面覆蓋阻燃涂料，但必須達到設(shè)計涂料厚度的阻燃涂層才能發(fā)揮阻燃性能。

4.2 基材的處理

將基材表面打磨徹底，要求平整無遺漏，采用高壓氣體或除塵布將表面的灰塵、水珠、油污清除干凈，待檢查合格后方可施工。

4.3 阻燃涂料的施工

4.3.1 施工方式

可采用噴涂、刷涂、滾涂等多種施工方式。

表1 阻燃涂料技術(shù)性能

4.3.2 施工工藝

根據(jù)阻燃涂料的配比要求，在施工前將涂料甲乙組充分攪拌均勻，待涂料熟化5min～10min后方可施工。施工涂層厚度每遍在0.2mm～0.3mm左右，表干后1h～2h進行第二遍涂裝，通過多次涂裝，最終涂層厚度達到2mm。要求施工環(huán)境在5℃～40℃，基材溫度高于露點溫度3℃以上，空氣相對濕度不大于85%，施工現(xiàn)場空氣流通，風(fēng)速不大于5m/s，室外作業(yè)或基材表面結(jié)露時不可施工。

4.3.3 涂層外觀要求

涂層表面平整，厚度均勻，沒有氣泡、開裂、流掛等表面缺陷。

施工中隨時檢查濕膜膜厚以保證干膜厚度滿足設(shè)計要求。干膜膜厚采用“85－15”規(guī)則判定，即允許有15%的讀數(shù)可低于規(guī)定值，但每一單獨讀數(shù)不得低于規(guī)定值的85%。涂層厚度達不到設(shè)計要求時，應(yīng)增加涂裝道數(shù)，直到合格為止。每道涂層的干膜厚度不應(yīng)超出規(guī)定的最大膜厚。

5 結(jié)果與討論

本文通過對所研制的復(fù)合阻燃涂料（由成炭劑、成炭催化劑、發(fā)泡劑復(fù)配組成）在不同底材上通過不同的燃燒方式進行試驗，得到的實驗數(shù)據(jù)如下：

（1）阻燃涂料涂于瓦楞紙板上，進行酒精燈燃燒實驗

將阻燃涂料在瓦楞紙板上涂刷至干膜厚度達到2mm，養(yǎng)護10天，重復(fù)燃燒實驗數(shù)據(jù)列于表2中。

由表2可見利用選定的復(fù)合阻燃劑制成的阻燃涂料，經(jīng)重復(fù)燃燒實驗?zāi)突饡r間均達到了1h以上，且炭化層狀態(tài)良好，容易去除。

（2）阻燃涂料涂于玻璃鋼底材上，進行酒精噴燈燃燒實驗

將阻燃涂料涂于玻璃鋼底材上，通過酒精噴燈進行燃燒實驗，用熱電偶數(shù)顯溫度表顯示溫度，試驗數(shù)據(jù)列于表3中。

由表3可見，用酒精噴燈直接燃燒玻璃鋼板材，2min左右即可點燃而且火焰大、煙霧濃、不易熄滅。在玻璃鋼底材表面涂裝阻燃涂料，耐火時間在20min以上，酒精燈噴口處溫度在800℃～1200℃范圍內(nèi)，基材表面無明顯火焰，另一觸點放置在離火焰不遠處的涂層表面上，溫度顯示為40℃～42℃，說明涂層的導(dǎo)熱性差，可有效降低火焰?zhèn)鱽淼臏囟龋沟撞牡玫接行У谋Ｗo。燃燒效果圖如圖2～圖5。

（3）阻燃涂料噴涂于葉片根部試驗件內(nèi)外表面，用乙炔焰（氣割槍）進行燃燒實驗

在葉片根部半圓形試驗件的外表面和內(nèi)表面噴涂阻燃防火涂料，用乙炔焰（氣割槍）調(diào)至一定的距離進行燃燒實驗，用熱電偶數(shù)顯溫度表顯示溫度，試驗數(shù)據(jù)列于表4中。

表2 重復(fù)燃燒酒精燈燃燒實驗數(shù)據(jù)

表3 酒精噴燈燃燒實驗數(shù)據(jù)

表4 乙炔焰（氣割槍）燃燒實驗數(shù)據(jù)

6 總結(jié)

選取研制的阻燃涂層的特點是具有較好的附著力、柔韌性、耐化學(xué)品性、耐水性、發(fā)泡均勻、致密性好、質(zhì)量損失小、耐化學(xué)品性優(yōu)異、耐水性耐老化性能佳。該阻燃涂層施工簡便，可用于葉片玻璃鋼基材表面直接涂裝或在葉片涂層表面涂裝，其施工工藝完全等同于葉片涂層操作。該阻燃涂層的耐火時間，用酒精燈燃燒達到了1h以上，用酒精噴燈燃燒達到20min以上，用乙炔焰（氣割槍）燃燒達到19min以上；炭化層較厚、致密、均勻，發(fā)泡層容易去除，提高了葉片的再利用率。該阻燃涂層涂刷的部位根據(jù)需要可以任選，建議在附葉片保護部位（示意圖的部位）噴涂，就實用角度考慮如果火源從主機發(fā)生，建議輪轂的內(nèi)部涂刷阻燃涂料。

根據(jù)實驗得出，利用研制的阻燃涂料可以在葉片表面需要的部位進行涂裝，屬于特種功能涂料；涂層厚度越厚阻燃效果越好，但從經(jīng)濟實用的角度考慮，涂裝厚度應(yīng)在2mm～3mm，如遇火災(zāi)時，膨脹高度可達3cm～4cm，可以抑制火災(zāi)迅速蔓延，對葉片也起到了防火保護分隔作用，使火災(zāi)損失降低到最小程度，提高葉片的再利用率，延長葉片的使用壽命。

[1]史記,于柏秋,安玉良.膨脹型防火涂料研制及阻燃機理研究進展[J].化學(xué)與黏合,2011(1):51-54.

[2]徐大軍,張晉.風(fēng)力發(fā)電機組火災(zāi)特性與消防系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].消防科學(xué)與技術(shù),2010(12):1081-1083.

[3]王錦成,陳月輝.新型聚氨酯防火涂料的阻燃機理[J].高分子材料科學(xué)與工程, 2004(4):168-172.

[4]Jun-weiGu，et al.Study on Preparation and Fire-retardant Mechanism Analysis of Intumescent Fire-retardant Coatings [J].Surface & Coatings Technology, 2007(201).