風力発電用高耐摩耗コーティング

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風車のブレードは風力発電機の重要な核心部品であり、その総コストの約20％を占めている。現在、ブレードには主にエポキシグラスファイバーまたは不飽和ポリエステルグラスファイバーが成形材料として使用されており、これらの材料は優れた機械的特性を持っている。設計要件によると、ブレードの使用寿命は20年でなければならない。 中国の風力発電所は現在、主に陸上型が中心で、砂漠や砂嵐が頻発する地域に分布している。そこでは風砂が猛威を振るい、日照時間も非常に長く、さらに地球規模で気候が悪化するにつれて、環境はますます厳しくなっている。我が国の沿岸地域における高温、高湿度、高塩分濃度の霧、そして長い日照時間といった大気環境は、洋上風力発電設備が直面する主な環境要因である。したがって、葉は通常の動作過程で外部からの侵食を受ける。第一に強い紫外線、第二に風砂、浮遊粉塵、塩害などによる基材への侵食である。ブレードが正常に動作している際、その先端の線速度は80メートル/秒にも達するため、地上型風力発電では、風に含まれる砂粒がブレードの表面に強い衝撃を与えることになる；高塩分の霧や雨滴は、洋上風力タービンのブレードコーティングの腐食速度を加速させます。したがって、風砂や浮遊粉塵、塩霧などによる基材の侵食がより深刻となり、ブレードの塗装が耐砂食性や耐塩霧性に劣っている場合、保護コーティングは20年間持続することは難しい。したがって、外部からの侵食をできるだけ減らす方法が、葉の実際の使用寿命を決定する重要な要素となる。 耐砂食性を持たせるためには、コーティングが長時間にわたり高速の粒子の衝撃に耐えなければならないため、コーティングにはある程度の弾力性が必要です。また、砂の表面は粗くて硬いため、コーティングが傷つきやすい。そのため、砂食性に耐えるコーティングには弾力性だけでなく、高い機械的強度も必要とされる。弾性と機械的強度は、それぞれ引張率と引張強度によって定量化できる。コーティングが常にこれら2つの特性を保ち、十分な厚みを持っていれば、ブレードの稼働中に起こる風や砂、雨、霧の影響から効果的に防ぐことができる。温度変化が激しい環境では、コーティングの弾性は通常、温度の変化に伴って変わります。常温では弾性に優れたコーティングでも、低温になると硬質になり、その結果衝撃耐性が大幅に低下します。したがって、コーティングが持つ低温での柔軟性のパラメータは、エラストマーコーティングの性能を決定する重要な指標となります。高い付着性、高い密度、高い耐摩耗性、高い耐候性は、高性能な風力タービンブレード用塗料技術の基本的な要件です。**"863プロジェクトにおけるブレード表面保護塗料の技術仕様は以下の通りであり、1、付着強度≥5MPa；2、自然乾燥/8時間、40℃で乾燥/3時間；3、耐摩耗性：500g/500回転時≤20
4、耐塩霧性：≥2000時間、剥がれなし、付着力は80％維持；5、砂塵耐性試験はGB2423.37-89の基準を満たしている。高含有量セラミックコーティング技術は、ファンブレードの表面における耐摩耗性・耐腐食性を向上させる画期的な技術である。この高含有量セラミックコーティングには、硬くて耐摩耗性があり、不活性で、サイズが均一に分布した特殊な無機系耐摩耗材料が大量に含まれており、これを金属材料の表面に塗布することで、迅速に特殊な保護用セラミックコーティングが形成される。このセラミックコーティングは、耐摩耗性の高いセラミック材料特有の高硬度と優れた耐摩耗性を備えているだけでなく、一般的な有機系耐摩耗コーティングよりも優れた密着性、さらに優れた防食性と長期にわたる耐久性も持っています。高含有量セラミックコーティング技術には、以下のような利点があります：①現場での施工が可能で、単成分かつ低粘度であるため、ブラシやスプレーといった簡単な方法で施工できます。②高い付着性。コーティングの信頼性が高く、耐久性に優れています。③硬度が高く、耐摩耗性に優れている。④耐腐食性が大幅に向上します。⑤軽量。セラミックコーティングの容積重量は1.5g/c.c ∼ 2.5g/c.cです。鋼鉄の1/4に過ぎない。装置の負荷を大幅に軽減し、装置の運用効率を大きく向上させることができます。 風力発電用セラミックコーティング独自の技術 1、基材活性化技術：基材表面に活性剤を使用することで、コーティングの密着性や密封性が大幅に向上する。 2、エラストマー技術：エラストマーの導入により、コーティングの靭性が向上し、動きや振動のある場所での使用や、曲がり部の塗装・修復により適している。ポリウレタンエラストマー塗布技術は、ファンブレードの表面における耐摩耗・防食を実現する、新たな革新技術です。1）硬度の範囲が広い。また、高硬度下でも優れたゴム弾性と伸び率を保持する。（2）強度が高い。ゴムの硬さにおいて、その引張強度と引き裂き強度は汎用ゴムよりもはるかに高い。プラスチックの硬さでは、その衝撃強度と曲げ強度はプラスチックよりもはるかに高い。（3）耐摩耗性。「耐摩耗ゴム」という美称がある。特に水などの湿潤媒体が存在する作業環境下では、その耐摩耗性は通常のゴム材料の数倍にもなることがある。鋼鉄などの金属材料は硬いものの、必ずしも耐摩耗性があるわけではない。黄河の灌漑地域にある大型ポンプの場合、流量を調整するための金属製のリングや保護用のリングは、大量の泥砂による侵食を受け、わずか数百時間で深刻な摩耗が起きて漏水してしまいます。一方、ポリウレタン弾性体でコーティングされたリングや保護用のリングは、1800時間連続して動作しても摩耗することはありません。（4）衝撃吸収性、放射線耐性、透気性に優れている。これらの利点が、この種のポリウレタン弾性体が宇宙航空、水利、鉱山などの分野で広く利用されている理由です。しかし、ポリウレタンエラストマーにも欠点があります。（1）内部発熱が大きい。耐高温性能は一般的。特に耐湿熱性が悪い。通常の使用温度は120度以下が求められます。高周波振動条件下で長期間使用する場合は、十分な冷却媒体がある環境で使用しなければならない。（2）強極性溶媒や強酸強アルカリ媒体に耐えられない。一定の温度では、アルコールや酸もポリウレタンエラストマーを膨潤させ、分解させる。二塩化メタン、トリクロロエチレンなどは、常温でポリウレタン弾性体を膨潤させる。