氟碳漆在重防腐领域中的应用_油漆配套_郑州专业工业防腐漆厂家
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氟碳漆在重防腐领域中的应用
工业设施的防腐保护是现代化建设中非常重要的项目，无论是大工程还是小项目，对于防腐蚀涂装都有明确的规定，尤其是在重防腐领域中，腐蚀情况更为严重，因此采用高性能涂料防护成为首选措施。
重防腐涂装具有普通油漆无法达到的效果，常用涂料包括、无机富锌底漆、、丙烯酸聚氨酯漆、等，其中作为防护面漆，在很多工程项目中都有应用。
氟碳漆具有超强的耐候性能，抗紫外线，漆膜不粉化，人工耐老化测试能够达到3000小时，氟碳漆交联性强，具有极佳的耐溶剂性、耐化学品性。氟碳涂料特别适用于室外环境、紫外线光照强、腐蚀恶劣的海洋环境等领域。
桥梁钢结构的防腐涂装，大多采用氟碳面漆作为外层涂料，因桥梁建设无论内陆桥梁还是海洋桥梁都存在很大的腐蚀隐患，我国钢结构桥梁的涂装体系完善，很多都是以氟碳漆作为面漆的体系。
在建筑领域方面对于外观装饰要求很高，尤其是钢结构的建筑，例如体育场馆、游泳馆等，金属氟碳漆的应用成为主流，漆膜具有银色闪光质感，装饰效果极佳，同时金属粉能够有效提高涂层耐候性，反射紫外线，降低紫外线对漆膜的损伤。
海洋钻井平台的防腐涂装对于油漆的要求更高，那么对于氟碳漆中氟树脂含量必须达标，海水浸没区和浪贱区的腐蚀对于钢结构而言破坏性很大，采用高性能复合涂层配套氟碳漆才能达到保护的效果。
市政工程项目中也经常使用氟碳漆，如露天广告牌、公路护栏、高铁、地铁、公交车站等，对于汽车尾气的污染以及其他城市污染氟碳漆都能够经受，长久保持漆膜亮丽如新。
氟碳漆的应用不仅限于上述的几个方面，在其他领域都有广泛的应用。随着工业化建设的增加，污染情况也日益严峻，对钢结构造成严重腐蚀，因此而产生的损失非常巨大，氟碳漆作为防腐涂料在防腐蚀的领域中将发挥越来越大的作用。
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服务与支持氟碳涂料保天兴洲长江大桥百年氟碳涂料是指以为主要的，又称、、等。在各种涂料之中，氟树脂涂料由于引入的电负性大，碳氟键能强，具有特别优越的各项性能：、、、，而且具有独特的和，其核心技术1938年诞生于，氟树脂涂料主要的物化性能当时在全球化工界引起轰动。
材料的现状/氟碳涂料
氟涂料在、、、、、的各个领域得到广泛应用，成为继、、等高性能涂料之后，综合性能最高的涂料品牌。，应用比较广泛的主要有PTFE、PVDF、等三大类型。中国是继美国、日本之后第三个拥有氟涂料合成技术并实现产业化的国家。
在中国外的发展/氟碳涂料
防腐与防腐氟碳涂料系列防腐与重防腐氟碳涂料系列1938年美国杜邦公司合成，开发出“特氟龙”不粘涂料，它是将聚四氟乙烯（PTFE）以微小颗粒状态分散在溶剂中，然后以360-380oC的高温烧结成膜，该涂层可长期在-195--250oC下使用，其耐化学品性超过所有聚合物，主要应用于不粘涂层，如：不粘锅内涂膜、聚合反应釜内衬。
20世纪60年代，ElfAto公司开发出“Kynar500”为商标的（PVDF）氟碳树脂，随后，被应用于氟碳涂料之中。它具有优良的耐候性、耐水性、耐污染性、耐化学品性，尤其用于的外部装饰有其他涂料无法相比的优点。但由于PVDF树脂不溶欲普通溶剂，涂膜的形成需要230-250oC的高温烧结成膜，所以只能应用在有固定加工场所的、有烘烤设备的铝幕墙板、铝型材、彩钢板等耐高温的外墙装饰材料的基材上，限制了它的使用。1982年，开发出了（FEVE）树脂，该树脂在氟烯烃的基础上引进了溶解性官能团、附着性官能团、交联固化性官能团、促进流变性官能团，不仅秉承了氟树脂的所有优良品质，而且还具有在常温下溶解于、、等常规溶剂、常温下交联固化等性能。该树脂应用到氟碳涂料中，使得氟碳涂料的应用领域扩大到了不耐高温的PVC型材、塑钢型材、、等有机材质；无法进入烘箱的大型钢板、钢结构；需要现场施工的道路桥梁结构、建筑外墙；以及、玻璃材质、陶瓷制品、石头木器材质等等。20世纪90年代中后期，又被成功应用于氟碳涂料之中，它的高耐候性、耐水性、耐污染性、耐化学品性与溶剂型氟碳涂料相比毫不逊色；它的环保性使它轻易突破了一些欧美国家的；它的易施工性使它的工、料费用甚至低于同样高品质的溶剂型氟碳涂料。已经成为建筑涂料发展的主要方向。人类在进步、科技在发展，氟碳涂料也不断在前进，还在研究阶段的科技成果有：亲水性自清洁抗污染氟碳涂料、阻燃防火型氟碳涂料、耐磨润滑型氟碳涂料、荧光型氟碳涂料、电热氟碳涂料等功能性氟碳涂料；粉末氟碳涂料；水性木器氟碳涂料；纳米氟碳涂料等等。氟碳涂料全球氟树脂生产厂家2004年达到20多家，遍布世界十几个国家。2000年世界氟树脂生产能力约为10万吨，预计2005年生产能力可稳步上升到12万-14万吨。世界氟树脂主要生产厂家有美国杜邦公司、、、日本旭硝子和大金公司等，它们的年生产能力为3000吨至2万吨不等。中国生产氟树脂的企业主要有：、等，生产规模都在壮大之中。
中国外在氟碳涂料行业的起步较早、产品工艺较成熟、市场运作较规范、应用经验较丰富、实验数据较健全。其中的典型代表有：PPG、大金、旭硝子等等中国的氟碳涂料行业起步较晚，但发展很快，在短短十几年的时间里，不仅开发出了国外已经应用很久的“特氟龙”不粘涂料、高温烘烤型PVDF涂料，而且还成功推广了FEVE型可常温固化氟碳涂料。同时还紧紧抓住了世界上最潮流的水性环保氟碳涂料、各种功能性氟碳涂料。其中的典型代表有：的FC-S系列溶剂型氟碳涂料和FC-W系列水性氟碳涂料。
用于钢材/氟碳涂料
氟碳涂料在外墙领域氟碳涂料在钢材领域的应用最早出现在上，安装在厂房和仓库的顶部，由于它经久耐用，安装方便，色彩绚丽，很快在全球流行开来。全球钢结构建筑及产品领域的巨头——，她所承接的彩钢板业务和建筑桥梁钢结构业务几乎都采用氟碳涂料涂层。屋顶就采用氟碳涂料涂装的彩钢板。
在道路桥梁建设领域，对所有钢材的防腐要求都很高。据世界一些国家的统计，每年总腐蚀损失可占（GDP）的2%-4%，与钢筋锈蚀有关的损失可占总腐蚀损失的40%，仅桥梁腐蚀破坏就占总腐蚀损失的20%。因此，2000年以后设计或改造的重点桥梁90%都指定用氟碳涂料进行涂装保护。例1：的钢梁，由于受酸雨影响，每年必须除锈和油漆一次，每次花费几十万元，从1993年使用氟碳涂料至1999年的6年时间里，涂膜完好，只有轻微的失光；例2：的，造型美观，设计独特，一度曾是上海人民的骄傲，但是由于没使用氟碳涂料，正式使用还不到一年，桥面以大面积出现雨垢，严重影响了桥梁的整体美观。例3：采用上海衡峰FUVIT-B氟碳涂装系统的，已使用2年多，钢梁和桥面都完好如初。在建筑领域，尤其是高档建筑和厂房建筑，钢结构开始大量使用。为了保持长期的使用安全和美观，减少清洁和维护的费用，大部分设计师在设计时在外墙面和钢结构表面都指定使用氟碳涂料。成功案例有：采用上海衡峰FUVIT-ST系统的、、、，至今仍颜色绚丽、熠熠生辉。在高架天线和电视塔的钢结构领域，氟碳涂料仍不可缺少。中国每年花在钢塔桅更新上的直接费用在千万以上，中央直属电台年平均金属防护费用约占总维护费用的10%，个别工程采用了氟碳涂料的耐候钢，其涂层费用约占钢结构造价的10%-25%，每年节约维修费用约10%。10年节约的费用可再建一座同样高塔。
用于混凝土/氟碳涂料
建筑外墙用混凝土氟碳涂料氟碳涂料在混凝土上的应用主要体现在建筑外墙上。美国、、等的建筑外墙已经逐步摒弃了、等装饰材料，80%以上使用涂料进行装饰。其中氟碳涂料优异的综合性能和性能价格比，使它在超高建筑、标志性建筑、重点工程等方面具有无以伦比的竞争优势，随着水性氟碳涂料的开发和应用，它可喷涂，也可辊涂，又使它在施工方面的成本大大降低。这也是氟碳涂料市场的主要增长点。中国在建筑外墙领域，涂料的使用率很低，只有10%，氟碳涂料的使用就更少了。随着国家法规对瓷砖、马赛克、玻璃幕墙等建材的限制，涂料在建筑市场的份额将大幅攀升，预计，到2015年将达到60%以上。其中，氟碳涂料在大型建筑，超高建筑，标志性建筑方面具有得天独厚的优势，中国已使用氟碳涂料外墙的建筑有：、、、、等等
用于有机材料/氟碳涂料
在20世纪80年代，氟碳涂料应用在塑钢型材、玻璃钢、有机玻璃等有机材料上是根本不可能的。因为有机材质不能承受230-250oC的烘烤温度。直到90年代，随着可常温固化氟碳涂料的问世，氟碳涂料才开始在有机材质上使用。例如：已经开发和成功应用了“塑钢专用氟碳涂料”，已应用于北京二环三环路防拦板。2003年底刚刚在上海市街头巷尾亮相的大红色各式电话亭，基材组成有、不锈钢、玻璃钢、等等，工艺比较复杂，最终使用了上海衡峰公司的系列氟碳涂料，问题全部解决。
用于铝合金/氟碳涂料
中国铝合金、铝塑板的涂装随着中国科技的进步，国产PVDF、中低温、常温氟碳涂料已逐渐替代进口涂料。
用于其他领域/氟碳涂料
氟碳涂料汽车零部件、户外家电外壳、等方面，也在大量使用着氟碳涂料，用来增加零件本身的耐磨性、润滑性、缓冲性和使用寿命。制造则被认为是氟碳涂料进军的另一个巨大市场。
氟碳涂料的应用已经相当普遍，这和经济实力、涂料普及率、使用经验、质量观念等因素有关。中国氟碳涂料的应用面及销售量还处于一个相对较低的水平。人们对它的性能和使用还不够了解。随着氟碳涂料技术的进步和施工应用技术的完善，氟碳涂料优异的性能价格比将使它在各个领域越来越具有竞争力。
发展状况/氟碳涂料
在美国、西欧、日本等发达国家氟碳涂料的应用已有70多年的历史，在钢材涂装领域已占有很大的市场，中国氟碳涂料在钢材领域的应用才刚刚起步，但中国的涂料生产商已经认识到氟碳涂料在钢材方面的巨大潜在市场，已经进行了大量的研究开发工作，如，钢结构的基材预处理、底漆面漆配套、施工条件和控制、安装和装配条件。可以预计，随着的发展和涂装工艺的进一步完善。氟碳涂料在钢材领域的应用将越来越广泛。
氟涂料具有超强的耐候性，在工业防腐领域，其也得以大展身手，如建筑、、、、石油储罐和管道、化工设施、彩涂钢板等。日本已将使用氟涂料列入其桥梁设计施工规范。而中国也已将氟涂料应用在大量重点工程项目中，如著名的奥运会主体育场“鸟巢”、青藏铁路、杭州湾跨海大桥等。从趋势看，随着工业经济高速发展和市场对氟涂料超高性能的进一步认同，工业防腐领域将成为我国氟涂料产业的主战场。在家用电器、等领域的市场也已形成。如用PTFE、ETFE、PCTFE、等含氟聚合物制成的粉末涂料，可用于家电不粘涂料和化工设备防腐衬里等方面。
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贡献光荣榜TFE合成FEVE氟树脂研究及其在涂料中的应用_涂料配方网
TFE合成FEVE氟树脂研究及其在涂料中的应用
氟涂料具有优异的综合性能, 其漆膜具有超常的耐候性、抗风沙冲击性、抗沾污性、耐腐蚀性以及憎油憎水性等。目前应用比较广泛的氟涂料主要有PTFE ( 聚四氟乙烯) 、PVDF( 聚偏氟乙烯) 、FEVE 三大类。以PVDF、PTFE 为基础的涂料主要利用其不粘性, 属于热熔型的, 需高温烘烤, 热熔融流平成涂膜。由于这类涂料施工工艺复杂, 其应用受到限制, 目前主要用于可经受高温的铝板或钢板上。采用氟烯烃和烷基乙烯基醚( 酯) 共聚的含氟碳多元醇( FEVE) 类热固性树脂制备的,可以常温或中温固化, 其漆膜具有优异的耐候性、耐沾污性、耐水性和耐油性, 已在金属和非金属建材涂装、纺织品和皮革涂饰等领域获得了广泛的应用。
FEVE 氟树脂涂料一般是先由含氟单体与烷基乙烯基醚类单体或( 甲基) 丙烯酸酯类单体进行溶液或聚合形成有机氟聚合物, 再进行复配成为可交联型的高性能涂料。目前常用的含氟单体有TFE( 四氟乙烯) 、CTFE( 三氟氯乙烯) 、VF( 氟乙烯) 和VDF( 偏氟乙烯等) 等。由于CT FE 易于运输和贮存, 目前国内FEVE 氟树脂涂料以CTFE 聚合居多, 树脂中氟含量一般为25%~ 28%。日本有资料研究证明, 只有氟含量大于35%的氟碳树脂制成的涂料才真正具有所指的氟碳涂料的性能, 通常T FE 共聚树脂的氟含量为35% ~ 40%, 这也是目前所有成膜物质( 包含氟树脂) 中性能最为优越的树脂。中昊晨光化工研究院已建成万t T FE 装置, 近日开发出用T FE合成的FEVE 树脂( 以下按惯例称为常温固化四氟乙烯涂料树脂) , 氟含量达到35%以上, 经检测和用户试用, 具有比CTFE树脂涂料更好的耐腐蚀、耐候性和建筑外墙使用中抗条蚀、自洁等性能。
1 TFE 合成FEVE 氟树脂涂料
1. 1 主要原料
所用主要原料规格及来源见表1。
1. 2 工艺过程
1. 2. 1 原料经处理合格后, 进入聚合反应系统
1. 2. 2 加料、反应、回收、出料
(1) 加料: 将反应釜洗净后, 加入除TFE 外的液体原料, 密闭反应釜后用抽空以及N2 置换等方式置换釜内的空气, 并将釜内物料冷却至一定温度, 加入引发剂, 然后定量加入TFE的气相单体。(2) 反应: TFE 加完后, 停止向内盘管通入冷却介质; 釜体夹套通入热水升温, 反应期间补加T FE 气相单体, 维持一定反应压力, 反应过程中通过冷水降温, 及时移出反应热。当配方量T FE 加完后, 釜内反应压力下降至11 0MPa 时停止反应, 回收TFE 单体, 脱溶剂后返回装置。(3) 出料: 当TFE 回收完毕后, 用N2 置换釜内的气体, 放出反应, 物装在容器内。
2 试验结果及讨论
2. 1 含氟单体的优选
可用于制备涂料用氟树脂的含氟单体有一氟乙烯、偏氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯及全氟烯基醚类单体。TFE 单体具有含氟量高、分子半径小、双键极容易聚合等特点, 与其他含氟烯烃类单体相比较, 它能较容易得到含氟量高的FEVE氟树脂, 且生产规模大, 成本低廉, 用这种FEVE 树脂制备的含氟涂料具有优异的综合性能, 特别是耐候性、自洁性及耐化学惰性等方面尤为突出。从聚合反应来看, 不同的含氟单体在相同的聚合条件下,参加聚合的能力差异较大。采用TFE 单体合成FEVE 氟树脂聚合时间短, 效果较好。
2. 2 共聚物分子结构设计
用TFE 单体制备常温固化TFE 涂料树脂的性能具备较好的成膜性, 并超过不含氟聚合物涂料对外界条件( 环境) 的阻抗性。本试验采用了烷烯基酯作为共聚单体, 通过调整工艺配方和聚合条件, 基本实现了对分子链端结构的准确控制, 所得共聚物分子交替结构比较规整。经实际检测和使用, 涂膜性能优良, FEVE 贮存稳定性好。
2. 3 聚合工艺优化
聚合反应的工艺控制是制备高质量氟涂料的关键。本试验重点从以下几方面进行了优化:
( 1) TFE 单体浓度控制
采用动态补加单体技术, 严格控制TFE 单体在整个聚合过程中的比例始终处于恒定, 尽可能减少均聚反应的发生, 使产品中TFE 链节分布均匀。
( 2) 聚合釜设计
本试验在进行聚合反应时, 采取了一系列措施来提高设备的传热、传质效果, 如提高反应釜内表面光洁度, 防止聚合物粘壁影响传热效果, 同时设计高效的换热装置和搅拌器, 使TFE 单体在反应区域内的浓度最大化, 形成均匀的TFE 微气泡, 尽可能使树脂高分子链中T FE 共聚的链节分布均匀, 制备的含氟涂料质量稳定, 施工性能良好。
( 3) 反应温度控制
对于多元单体共聚反应, 由于各组分对温度的敏感性差异有所不同, 因此在反应过程中严格控制聚合温度和优化反应温度的控制点是十分重要的技术关键, 它是含氟涂料树脂聚合转化率, 产品外观和自洁性能优化的基础。本试验在一定压力、不同温度下, 经一定的反应时间后,测试T FE 的消耗量, 得到TFE 消耗量与反应时间的关系曲线, 如图1 所示。线条1、2、3 分别代表温度为T1、T2、T 3 时的TFE 消耗量与时间的关系曲线。
从图1 可以看出, 用T FE 合成FEVE 树脂时, 共聚合反应的初始聚合反应温度选取对反应速度的影响较大。当温度为T3 时, 在较短的时间内TFE 的消耗量达到最高值, 即反应速度最快。
( 4) 聚合过程中反应压力控制
本试验在一定温度、不同压力下, 经一定的反应时间后,测试TFE 的消耗量, 得到TFE 消耗量与反应时间关系曲线,如图2 所示。线条1、2、3 分别代表压力为P1、P2、P3 时的TFE 消耗量与时间关系曲线。
从图2 可以看出, 用T FE 合成FEVE 树脂时, 共聚合反应的聚合压力选取对反应速度的影响较大。当压力为P3 时,反应速度最快。
3 产品性能指标
( 1) 常温固化TFE 涂料性能
采用晨光院常温固化T FE 树脂制备的涂料用于金属板材表面处理, 并对涂层性能进行了测试, 主要性能检测结果见表2。
( 2) 常温固化TFE 涂料对不同基材的粘结性能采用常温固化T FE 涂料对不同的基材进行了表面处理,处理后其外观及附着力测试情况见表3。
4 在涂料中的应用
常温固化TFE 涂料树脂可制备双组分常温固化的氟树脂涂料。A 组分: 自制常温固化TFE 树脂、助剂、; B 组分: 多异氰酸酯固化剂。A、B 两组分按配方混合均匀, 制成可刷涂、喷涂的常温固化聚T FE 涂料。常温固化TFE 涂料树脂也可以与氨树脂交联固化, 在高温条件下固化速度变快、固化时间短、生产效率高。
目前常温固化T FE 树脂涂料广泛已应用于国民经济各部门。其主要用途如下:
( 1) 各种建筑物的外墙装饰装修
用于恶劣环境下的建筑物、超高层建筑物等户外特殊建筑物装饰装修, 可抵抗盐雾、酸雨及城市区域工业废气的腐蚀, 其保持装饰与保护作用在15~ 20 年, 并可以少维护或长期不维修; 由于该类涂料对不同底材的附着力都十分优良, 适应性强, 并具有突出的长期的保光保色性, 将其应用于旧建筑外墙翻新工程优势突出; 用于建筑物外墙仿铝板效果的涂装,具有比铝塑幕墙工期短、配合方便、隐患小等许多优点。
( 2) 用于制备FEVE 树脂
由于其固化速度快, 可用其制备抗酸雨、高耐久性的金属彩板, 用于特殊的建筑物的屋顶、墙体及建筑物外用的一些构件。
( 3) 用于钢结构防腐及其他工业涂料
广泛应用于钢桥、铁塔、港口、机场、化工贮罐、体育场馆、电站、石油化工、钢铁冶炼等具有复杂钢结构的场所; 各种交通工具( 火车、汽车、船舶、飞机) 的壳体涂料; 用作、等。
用T FE 合成的FEVE 氟树脂具有含氟量高、成本较低等优点, 用其制备的氟树脂涂料能够常温固化, 具有比CTFE 合成的FEVE 氟树脂涂料更优异的自洁性和耐候性等, 可广泛用于建筑外墙装饰装修、卷材涂料、钢结构防腐等。
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高性能氟碳涂料在风电领域的应用
    　　1 引言　　风电场一般处于环境恶劣的沙漠、海洋、高山等边缘地带，风电必将受到自然环境的严重影响。而一般风力发电要使用20 年以上，因此必须用涂层加以保护，来防止各种破坏因素的侵蚀。随着风电机组装置的大型化及维护成本的提高，对于保护风电机组基材的涂料也提出了更高的性能要求。　　2 风电场腐蚀环境分析　　风电场的恶劣气候对风电设备是一项重大考验，不同环境的腐蚀因素截然不同。我国东北、华北、西北地带多风沙，昼夜温差大，气候相当恶劣。环境大气中磨损应力（磨蚀），可能因为风挟带的颗粒（例如砂砾）摩擦钢结构，风电机组表面极易产生破坏，另外是冰雹、沙尘暴甚至飞鸟等较大物的撞击破坏。这在沙漠戈壁风电场塔架迎风面及底部、风电叶片表面、箱式落地迎风侧面比较明显。由于风电运行环境的特殊性，除了ISO12944 划分的环境等级外，应当考虑沙漠戈壁地区的风蚀环境、北方地区的低温环境以及两者的共同作用。　　而东南沿海区域的气候环境具有高温、高湿热、高盐雾和高辐射的特点，冰冻、台风、巨流、闪点、漩涡、潮汐时常发生。由于海上的自然环境，风电机组塔筒外表面直接暴露于所处区域的大气环境（部分结构处于潮差或水下环境），环境因素（如风雨、潮湿、大气污染等）和使用过程（叶片运转等）直接影响到风电机组结构的腐蚀进程，主要的腐蚀类型包括电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，其中以局部区域的电化学腐蚀破坏性最大，它是影响风电机组塔筒使用年限与安全的重要因素之一。塔筒钢结构件很容易遭受腐蚀破坏，一旦这些钢结构系统发生腐蚀破坏，后果不可想象。因此，风电机组塔筒所处环境的腐蚀调查与分析，以及与此相应的涂装配套设计越来越受到重视。表1 传统塔筒涂料产品配套情况　　1 引言　　风电场一般处于环境恶劣的沙漠、海洋、高山等边缘地带，风电设备必将受到自然环境的严重影响。而一般风力发电设备要使用20 年以上，因此必须用涂层加以保护，来防止各种破坏因素的侵蚀。随着风电机组装置的大型化及维护成本的提高，对于保护风电机组基材的涂料也提出了更高的性能要求。　　2 风电场腐蚀环境分析　　风电场的恶劣气候对风电设备是一项重大考验，不同环境的腐蚀因素截然不同。我国东北、华北、西北地带多风沙，昼夜温差大，气候相当恶劣。环境大气中磨损应力（磨蚀），可能因为风挟带的颗粒（例如砂砾）摩擦钢结构，风电机组表面极易产生破坏，另外是冰雹、沙尘暴甚至飞鸟等较大物的撞击破坏。这在沙漠戈壁风电场塔架迎风面及底部、风电叶片表面、箱式落地变压器迎风侧面比较明显。由于风电运行环境的特殊性，除了ISO12944 划分的环境等级外，应当考虑沙漠戈壁地区的风蚀环境、北方地区的低温环境以及两者的共同作用。　　而东南沿海区域的气候环境具有高温、高湿热、高盐雾和高辐射的特点，冰冻、台风、巨流、闪点、漩涡、潮汐时常发生。由于海上的自然环境，风电机组塔筒外表面直接暴露于所处区域的大气环境（部分结构处于潮差或水下环境），环境因素（如风雨、潮湿、大气污染等）和使用过程（叶片运转等）直接影响到风电机组结构的腐蚀进程，主要的腐蚀类型包括电化学腐蚀、化学腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，其中以局部区域的电化学腐蚀破坏性最大，它是影响风电机组塔筒使用年限与安全的重要因素之一。塔筒钢结构件很容易遭受腐蚀破坏，一旦这些钢结构系统发生腐蚀破坏，后果不可想象。因此，风电机组塔筒所处环境的腐蚀调查与分析，以及与此相应的涂装配套设计越来越受到重视。表1 传统塔筒涂料产品配套情况　　3 风电机组塔筒涂料配套现状及隐患　　3.1 风电机组塔筒涂料配套情况　　由于业内没有专门针对风电涂料配套设计和技术要求的权威行业标准，目前风电机组金属表面防腐设计主要依据为ISO《色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的防腐保护》。该标准将大气腐蚀环境划分为C1（很低）、C2（低）、C3（中等）、C4（高）、C5-I（很高&工业）、C5-M（很高&海洋）6个等级；将水和土壤腐蚀环境划分为：Im1（淡水）、Im2（海水或盐水）、Im3（土壤）；将涂层耐久性期限划分为：2 ～ 5 年（低）、5 ～ 15 年（中）、15 年以上（高）等。一般而言风场所处的大气腐蚀环境都较为恶劣，我国的风场环境多数应归属于C3、C4、或C5 的腐蚀环境，风力发电装置要求防护年限多数在15 年以上，有的长达20 年。耐久性是一个能够帮助业主进行维修计划的技术依据，在出现涂层褪色、粉化、污损、磨损、撕裂，或者出于美观或其他原因，维修涂装工作需要频繁进行。　　风电机组塔筒外表面涂层配套基本采用环氧富锌底漆+ 环氧漆+ 聚氨酯面漆的体系，是典型的钢结构重防腐涂料体系。表1 是目前国内普遍采用的风电机组塔筒涂装体系。　　近年来，随着我国风电产业的迅速发展，包括中远关西在内的一些知名涂料商纷纷进入我国风电机组涂料市场，中远关西设计的风电机组塔筒涂料体系严格执行ISO12944-5 标准，具有较好的防腐、耐候、耐磨、耐冲击、耐低温性能，而且近期在内蒙古卓资风场100MW 工程中得到了成功应用。表2 风电机组塔筒外表面涂层配套体系　　3.2 目前风电机组塔筒涂料配套存在的隐患　　由于目前主流风电技术都是自欧洲引进，国内塔筒的防腐配套也完全是照搬国外的配套方案，然而我国幅员辽阔，各地的地理环境和气候特点差异很大，跟欧洲具有很大的不同，加上工业化发展带来的大气污染较为严重，目前的配套能否适合我国的环境和气候特点存在很大的疑问。尤其是在风沙严重、昼夜和季节温差大的西北、内蒙古等地区，目前已经有部分风电场发生了配套涂层风蚀严重、漆膜提前老化的问题，给风电机组设备的长效运转及安全性带来了隐患。　　防腐涂层的实际防护效果，依赖于涂料质量、配套的合理性以及涂装工艺水平，其中涂装工艺水平最难控制，也是权重最大的一个因素。但是目前国内塔筒生产厂家的涂装工艺水平参差不齐，管理粗放，底材处理、喷涂工艺和涂装质量控制不一定能完全达到设计要求，因此最终的成膜效果和防腐期限很难有保障。　　在风电行业发展之初，在欧洲超长耐候性面漆的发展还不成熟，因此选用了技术上最为成熟、相对耐候性较好的聚氨酯作为面漆。但是，就涂料本身的性能而言，涂料业界对聚氨酯产品一致的共识是：其有效的耐候性最长只能达到7 ～ 8 年。户外环境中涂层会自然老化，涂层基本失光、粉化，以至于开裂脱落，无法屏蔽阳光和空气中的各种腐蚀介质对下层涂膜的侵蚀和破坏。　　风电塔筒如果在服役运营期间，出现大规模的涂膜劣化，必然对风塔外观和风电机组正常运行产生极为不利的影响。我国风电机组企业致力于风电机组装置的大型化和较长的免维护周期，这对保护风电机组基材的涂料提出了更高的性能要求，因此，如果我国大范围使用存在隐患的配套产品，将会给风电业主、风电场运营企业、风电设备制造企业带来极大的风险。　　多年的研究和大量的实际应用经验证明，用优质的氟碳涂层替代现有的传统聚氨酯体系是规避上述隐患的有效途径。　　4 氟碳涂料介绍　　4.1 氟碳涂料特点　　氟碳涂料顾名思义，是指主体树脂为含氟树脂，即主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子材料。它包括氟烯烃聚合物或氟烯烃和其他单体的共聚物两类。在欧美等西方国家将其称为&氟碳树脂&（fluorocarbon resin），由其为成膜物制成的涂料则称作&氟碳涂料&（fluorocarbon coating）。在我国习惯称作&含氟树脂&和&含氟涂料&。　　目前，国际上形成了3 种不同用途的氟树脂与氟涂料行业，第一种是1938 年以美国杜邦公司为代表的热熔型氟涂料特氟龙不粘涂料，主要用于不粘锅、不粘餐具及不粘模具等方面；第二种是1965 以美国阿托- 菲纳公司生产的聚偏氟乙烯树脂PVDF 为主要成分的建筑氟涂料，具有超强耐候性，主要用于铝幕墙板；第三种是1982 以日本旭硝子为代表的室外常温固化氟碳涂料&&氟乙烯和羟基乙烯基醚共聚物（FEVE 氟涂料），这种FEVE 常温干燥型氟碳涂料不需烘烤，可在建筑及野外露天大型物件上现场施工操作，从而大大拓展了氟碳漆可应用的范围，主要应用于桥梁、电视塔、大型钢结构设施等难以经常维护重涂或施工成本较高的塔架防腐等领域。氟碳涂料具有优异的性能，主要源于以下几点：　　氟碳树脂中氟原子电负性最高；　　氟碳键能比其他化学键能大，达485kJ/mol ；　　氟碳键距最短，为0.1317nm ；　　氟原子与碳碳主键紧密结合，形成一个螺旋形结构。　　由于上述特征，氟原子遮蔽了碳键间的正电效应，使涂膜具有较小的聚合能和低表面张力；氟原子与碳碳形成一个螺旋形结构，具有屏蔽作用；氟原子保护C-C 键免受紫外线和化学品侵蚀；涂膜的固化过程中，氟原子会发生迁移而富集到涂膜表面，使氟碳涂料具有较好的耐候性、耐寒性、耐高温、耐腐蚀、耐化学及表面自洁性能等，这是其他涂料无法比拟的优点。图1 FEVE氟碳树脂结构图2 不同涂层的耐候性能比较　　图1 为FEVE 氟碳树脂结构，不同的官能团和交联结构赋予了氟碳涂料的超高性能。对于氟碳涂料的高性能可以从以下几个方面研究：　　（1）超耐候性。氟碳涂料具有超长耐候性，经5000h 人工加速老化试验，保光率80%。作为风电机组塔筒涂层，可应用20 年以上，涂层不粉化，不起泡，不起皱，不脱落。氟碳是一种户外年老化漆膜损耗量最低的涂料，根据旭硝子的研究，其年损耗量只有0.5 微米，理论上20 微米的膜厚就达到满足40 年的防腐要求。　　（2）耐温适应性。氟碳涂料可在&40℃～ 160℃内正常使用，能抵御酷暑和干湿交替的风电场复杂环境。　　（3）耐酸碱性。在我国东南沿海风电场，风电机组上的涂膜不但长期暴露在湿热环境下，而且经常遭受雨淋、寒暑交替、盐雾的侵蚀，如此周而复始的气候条件和不稳定因素，导致涂膜的化学结构发生改变，分子降解或发生其他反应。所以风电涂料的设计要强调耐化学介质、耐湿热及耐盐雾腐蚀性等。氟碳涂层耐候性优，耐化学介质性很好。　　（4）氟碳漆膜的氯离子扩散系数是聚氨酯漆膜的1/5，采用氟碳涂层作面涂层时，可提高涂层体系的防介质渗透性，更加适用于氯离子含量很高的海洋环境。　　4.2 氟碳涂料与聚氨酯涂料性能对比　　从以上对比数据可以明显地看出，氟碳涂料在漆膜年消耗量、耐腐蚀介质、抗氯离子渗透性和耐候性性能上，相比聚氨酯涂料具有压倒性的优势。　　4.3 氟碳涂料应用　　氟碳涂料因为技术含量高和性能优越而被称为&涂料王&，以其超耐候性、耐腐蚀性和优异的自清洁性、长效免维护性而日益受到重视，近年来，在需要满足超长防腐期限（20 年）的工业防腐领域得到了广泛应用，如钢结构建筑、桥梁、船舶、轨道交通车辆、石油储罐和管道、化工设施、海上设施、彩涂钢板等。表3 氟碳涂料与聚氨酯涂料性能对比　　目前，中国和日本都已将氟碳涂料列入公路和铁路桥梁设计施工规范标准，我国2000 年以后设计或改造的重点桥梁90% 都指定用氟碳涂料进行涂装保护，例如高铁在长江上的两个过江通道南京大胜关大桥和武汉天兴洲大桥。此外，闻名世界的北京奥运会主体育场&鸟巢&，以及我国的青藏铁路等工程都选择氟碳涂料作为面漆，以期获得长效可靠的保护效果，减少维护费用。　　5 氟碳涂料在风电机组塔筒上的配套设计　　我国的陆地风电场地理环境复杂，导致风电机组塔筒受到风蚀的严重破坏，需要定期维修和补漆，大大提高了维修成本，同时也降低了使用寿命；海上施工的特殊要求，又加大了投资费用，提高了用电成本。国外有关机构对如何降低风电的发电成本进行了研究后提出：提高风电机组的可靠性，延长使用寿命，要使风电机组使用寿命不少于20年，必须进行必要的特殊设计，提高免维护时间，降低维护和维修费用。因此，风电机组涂层的防腐性和耐久性是决定风电机组使用寿命和维修成本的重要因素，提高涂层的防腐性能的最佳方案是选用超耐候性的氟碳涂料，能够提高风电机组的维修期限，延长其使用寿命。　　氟碳涂料可用于有较高耐久性需求的风电机组，特别是作为钢结构塔筒外表面面漆，将有效延长其使用寿命。其作用机理（表3）是将氟碳面漆与其他配套涂层一起形成可靠的涂装保护层，提供对底材的屏蔽作用，增强耐候性、耐蚀性及物理机械性能。其涂装系统构成主要是：在喷砂或打磨预处理的钢材表面，除去底材表面的铁锈、油污、灰尘，提供除锈级别合格的钢材表面，然后涂装富锌漆等底漆涂料，涂装环氧云铁漆等中层涂料，再涂装氟碳面漆。氟碳涂料优异的耐紫外线性能，适于用在紫外线较强、温差较大和潮湿地区，可延长涂装保护层的有效使用寿命。　　表4 是某公司针对我国风电机组塔筒应用环境设计，外表面采用环氧富锌底漆+ 环氧漆+ 氟碳面漆体系，内表面为环氧富锌底漆+ 环氧漆，与常规聚氨酯配套体系相比，具有以下优点：表4 氟碳体系在风电机组塔筒上的配套设计　　优异的防腐性能。塔筒内外表面环氧富锌底漆和环氧漆设计膜厚与传统聚氨酯涂料相同，即漆膜配套的防腐体系未变，因此其防腐性与传统的配套系统相当。　　超长的耐候性能。塔筒外表面配套面漆选用性能优异的氟碳涂料，能有效抵抗强紫外线的破坏，是普通聚氨酯面漆无法比拟的。　　综合性能优异。通过实验证明，塔筒外表面氟碳涂料可提供更优异的耐化学品性、耐高低温和湿热性能。氟碳涂料配套体系（30&m）的设计膜厚低于聚氨酯配套体系（50&m），在涂装过程中将会减少VOC 气体的排放，更加符合我国所倡导的绿色环保理念，也映衬风电本身的环保能源属性。　　同时，使用氟碳防腐配套体系，能减少对风电机组塔筒的维护和重涂费用。　　一般聚氨酯配套涂层的保护寿命不超过8 年，而风电机组的使用寿命要达到20 年，因此，其间必须进行3 次以上的重涂和维护工作，否则将造成巨大损失，如使用防护年限达到20年的氟碳涂料，在风电机组正常的使用寿命期内，不需要进行维护，或只需进行一次维护，从而大幅度的降低成本，节约社会资源，减少环境污染。　　6 总结　　综上所述，我国风电场气候的多样性和极端性已经对目前传统的聚氨酯涂层体系的耐候性提出了严峻挑战，照搬从欧美引进的一成不变的防护涂层面临着重大隐患。氟碳涂料不仅能靠自身卓越的耐候性和耐腐蚀性消除隐患，提供更安全的保障，更能通过稳定的防护大大延缓设备维护周期，节约大量维护费用。大量应用证明，氟碳涂料作为外用涂料可提供最长的免维护周期（一般20 年以上），这是其他涂料及设计配套体系无法比拟的。笔者在充分研究和调查我国风电场现场情况、分析风电机组塔筒的腐蚀因素等前提下，对普通聚氨酯涂层出现早期风蚀、粉化等不良现象进行剖析，结合我国的特殊地理环境特点和所属企业掌握的先进的氟碳技术，针对有较高防腐及耐候性能要求的风电机组塔筒，大力呼吁在风电领域推广氟碳涂料的应用，为我国的风电设备的长效安全运转提供可靠的防腐保护。　　
收录时间:日 13:07:23 来源:《风能》 作者:匿名
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