【摘

 要】 通过分析风机叶片工作环境的特征和风机叶片涂料所经受的环境条件的侵蚀，研究

风机叶片涂层材料失效的微观机理。试验的过程中通过对材料进行拉伸载荷试验和酸腐蚀试
验，对比进行试验前后材料表面的变化，从而得到涂料失效的微观机理。

 

　　【关键词】

 风机叶片涂料 微观机理 

　　近年来，我国的风电发展迅速，尤其是在国家保增长的政策的推动下，将新能源

—风

电的发展作为我国经济可持续发展的发展大计，全国各地的风电事业发展迅速。风力发电机
作为将风能转化为电能的一种非常好的机械装置，受到广泛地应用。而保证风力发电机的一
个非常重要的部位

—风机叶片的良好状况是一个十分重要的研究课题。众所周知，风力发电

机一般假设在多沙的西北地区或者是环境湿润的易造成腐蚀的沿海地区或者直接就在海上
这些地区都是环境比较恶劣的地方，因而对风机叶片的要求比较高。目前，为了达到使风机
叶片能够满足恶劣气候条件的要求，一般采用的是在风机叶片的表面涂上一层涂层材料，
而通常采用的涂层材料是纤维强化的环氧树脂。

 

　　

1 风机应用现状 

　　人类对风能的成熟的产业化开发和利用起始于上个世纪

90 年代初期，到目前已有二十

余年的历史。尽管目前全球风力发电厂装机容量不到全球电力生产总装机量的

1%，但是最

近

10 年来风力发电机组的装机容量增长速度一直保持在 25%以上，可知风能利用的发展势

头是非常良好的。从全球范围来看，风能的开发和利用已经从试验阶段转向产业化阶段。据
有关报告预测，到

2017 年，全球在风电项目的投资将从 2011 年的 770 亿美元增至 1530 亿

美元。这

6 年间，新装机的累计投资额有望达到 8200 亿美元，全球风电装机总容量，包括

陆上和海上项目，将从

2011 年的 2.36 亿千瓦上升到 5.63 亿千瓦。既然风能利用有如此美好

的前景，那么我们当然有义务去研究将风能转化为电能的机械装置

—风力发电机。 

　　

2 研究方向 

　　前文说到我们有义务去研究风力发电机，而进行这方面研究的专家和学者有许多人，
因此在这里我们仅就一个比较小的方面

“风机叶片涂料失效的微观机理”进行有关的讨论。我

们都知道，现在对风机叶片的保护措施主要是在其表面上进行涂层，尽管这样可以提高叶
片的性能，但是由于风机所处环境的恶劣，比如说酸的腐蚀，沙粒的磨损等都会使风机叶
片上面的涂料受到损伤，下面我们就针对上述问题进行讨论。

 

　　

3 实验研究 

　　

3.1 原理 

　　由于涂层是涂在金属的风机叶片上，而风机叶片在受到沙粒磨损和酸腐蚀时，亦或是
风机叶片整体受到拉伸时，骨架和涂料的变形情况相同，仅是风机的涂料受到损伤，故而
我们可以暂且不考虑内在的金属骨架，只去研究金属骨架外部的涂层材料的状况。

 

　　

3.2 材料和试件 

　　实验材料为玻璃纤维强化环氧树脂。环氧树脂的拉伸模量为

2.9GPa，拉伸强度为

65.5MPa，拉伸断裂应变为 2.2%，密度为 1.25g/。 
　　试件为模压成形的复合材料层合板，纤维铺设角度为

[+45°/-45°]。试件为矩形，尺寸为

130mmx15mmx2.2mm。为了防止试件端部损伤，在试件的两端粘接铝片以保护试件。 
　　

3.3 循环加载实验 

　　循环加载实验是指将试件加载到某一恒定的载荷，并在此载荷下让试件承受不同次数
的循环加载。因为风机叶片在风力的作用下会发生拉伸变形，这与将复合材料涂层进行拉伸
的情况类似，故而可以将涂层材料进行单独的拉伸实验来研究其微观损伤机理。本循环加载
试验是在

INSTRON-5569 电子材料万能试验机上完成的，加载的速度为 10mm/min。机器的

最高载荷值根据每组试件的静态强度值确定，本实验最高循环载荷取静强度值的

70%左右。