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本文主要討論了風電葉片的表面防護問題。表面防護層，可以采用膠衣或表面涂層，其材料可以是不飽和聚酯、環氧或聚氨酯，也是是亞克力（丙烯酸塑料）。風電葉片由于長期暴露在諸如極端天氣等惡劣的環境條件下，備受侵蝕。
目前通過一些測試方法,可以確認表面防護系統對外界環境的防護能力,從保證表面防護系統可以幫助葉片受到盡可能小的損傷。通過采用現有海事和直升機上所用的防護標準，對防護系統進行加速腐蝕測試，如UV或化學腐蝕等測試，可以驗證和確保表面涂層的耐用性。
第26期譯評介紹了表面防護的基本知識，包括表面防護的主要影響因素及防護材料的選材方法和防護機理。本期譯評主要介紹防護系統性能的測試方法和評估手段。
1 葉片表面防護層的性能測試
葉片表面暴露在各種惡劣的環境條件下，因此如果能夠提前測試葉片防護系統在各種條件下的防護性能當然最好不過，但實際上，外部的環境條件瞬息萬變，到底哪些因素變化了以及如何變化的也是難以預測的，因此驗證所有條件下的防護性能不太實際。到底選取哪些條件作為測試對象，這是制造商需要把握的問題。
1.1性能測試所需考慮的問題
有多種不同的方法可以用來測試葉片的表面防護系統。風機運行商期待能夠通過這些測試確保風機能夠抵御氣候條件的不良影響，能夠完好無損服役整個生命周期。而制造商期望快速的測試就可以驗證防護系統的性能，且能夠滿足客戶的要求。制造商的主要難點在于，如何通過有限時間的測試來滿足整個生命周期內防護層性能在各種不同環境條件下的驗證需求。
最好的方式當然是在自然環境條件下進行測試，這樣可以觀測到防護系統的性能退化過程。然而，實際上這根本不是切實可行的材料壽命測試方法，特別是測試對象的應用環境是各種不同的氣候條件。因此材料的壽命測試常在人造環境條件下進行。對比加速測試和實驗室環境的測試是比較現實的，但對比人造環境和真實環境卻難以實施。也就是說，準確預測表面防護系統壽命的可行性較差。
人們設計了一種大型測試工廠用來進行戶外和UV輻射測試。測試項目和使用人造環境的具體情況，取決于測試對象和風機計劃裝機的位置。比如，如果一個風機要裝在沙漠，就需要進行UV退化和噴砂測試。而對于海上風機，需要進行濕度測試、UV輻射和鹽霧等方面的測試。
用于戶外表層防護的聚合物，其性能會隨著太陽光、雨水、冰雹、鹽霧等外部環境和化學物質的影響而退化。在測試條件下，這些因素是單獨還是同時考慮，取決于測試的目的。在自然環境條件下，這些因素會互相影響，加劇對防護系統的侵蝕。
在了解表面防護層的測試之前，比較重要的一點是，我們應該先了解聚合物的退化現象。
1.2聚合物的性能退化
所謂退化就是聚合物性能發生不期望的改變。改變可以是物理的，也可以是化學的。改變包括聚合物主鏈結構的退化，側鏈基團、橫向鏈接的改變，抑或是部分元素的缺失。填料的退化或缺失也會影響這個體系，導致防護系統性能的退化。
1.2.1老化
在老化的過程中，能量通過輻射從太陽傳遞到葉片表面。輻射所傳遞的能量取決于太陽光光線與葉片表面的之間的夾角以及光線的波長。大氣層中氧氣和濕氣的綜合作用可以導致化學退化。腐蝕和風沙的磨蝕等因素同樣會侵襲防護系統表面引起損傷。
1.2.2太陽光輻射
太陽光是太陽電磁輻射的可見部分，包括多種不同波長的光線。其中一部分光線所蘊含的能量十分強以致于可以打斷葉片膠衣或涂層的主鍵，即共價鍵。主鍵被破壞以后，表面涂層就會退化。陽光可以分為UV輻射、可見光和紅外線。大部分輻射都是可見光。但是波長越短的光線所包含的輻射能越高。UV輻射還以分為UVA、UVB、UVC三個級別，其中UVA的波長是三者中最長的，因此能量也是三者中最低的；但本文只討論UUA（波長350～400納米），因為UVB和UVC在到底地球之前，已經被大氣層吸收了。
1.2.3氧氣和濕度
聚合物會與氧氣和水發生反應，因此氧氣和濕度會影響聚合物的表面。材料本身會吸水，如大部分情況聚合物和膠衣/涂層會吸收水分，這是因為聚合物中包含的氧氣和氮氣分子中存在的親水鍵。由于受到UV輻射對葉片表面的影響，聚合物中存在自由原子團。氧氣會與這些自由原子團反應，從而形成新的化學分子。如果結構是開放的，水分子會進入其中，如果聚合物的橫向鏈接不多，水分子就會侵襲膠衣/涂層或復合材料結構層。隨后退化的風險就會增加，因此復合材料結構層與膠衣或涂層之間的粘合力就會被極大削減。通常把這個過程稱之為熱氧化退化。這是表面涂層、涂層與結構鋪層及其以下結構層化學退化的起點。開放空間的退化通常都是熱氧化退化。
1.2.4退化機理
聚合物體系的退化會由聚合物主鏈接、橫向鏈接的斷裂或共價鍵系統或側向鏈接的改變等多種不同原因所導致。但問題的嚴重程度并不取決于所發生改變的類型，而在于受影響的聚合物類型。
橫向鏈接在大部分熱固性材料中都可以見到，因為大部分表面防護層都會選用熱固性材料。橫向鏈接是通過官能團的能量形成的。而在熱固性材料系統中存在著官能團，且其相互之間會發生反應。在不飽和聚合物體系中，存在不反應的雙鏈，但這個雙鏈會在吸收太陽輻射后產生橫向鏈接。PAI鏈接能量較低，如果聚合物表面有雙鏈存在，就會引起橫向鏈接的形成。橫向鏈接會讓聚合物體系變得更強更剛，但卻缺乏韌性，使材料變成脆性。當整個聚合物體積收縮時，聚合物表面就比較容易形成裂紋；如果濕氣侵襲聚合物體系，就會發生聚合反應。大部分情況下，聚合反應會導致結構產生空洞，這就進一步加劇了水氣的進入，產生惡性循環。
聚合物體體系內的鍵能通常取決與主鏈接的共價鍵。表2給出了一些鍵能。聚合物的鍵能越低，被腐蝕發生退化的風險越高。事實上表2所示的鍵能都不高，都容易受到UV輻射的侵蝕。
表2 鍵能表
1.3聚合物體系的退化程度測試
可以采用多種不同的方法來測試聚合物受外界環境影響而產生退化的情況。其中一個方法是通過測量聚合物發生退化時所產生的顏色和光潔度的改變來實現的。大部分風電葉片表面防護色是白色或銀灰色（為了防結冰，人們也曾經采用黑色表面防護色）。一旦顏色發生變化就很容易看出來。而顏色變化是其發生退化時首先出現的特征。測量顏色變化雖然并不能知道其內部到底發生了怎樣的改變，但是卻是產生退化的指針。
采用傅立葉紅外光譜儀可以知道聚合物內部退化的情況。如果發生退化，光譜圖中的峰值就會發生改變。
層析法和分光光度測定法可用于判定聚合體系在受到輻射影響前后的分子量變化，但這兩種方法只能用于可溶解的材料。
另外一種方法是通過測量聚合物表面的物理、力學和化學屬性的變化來判斷退化的情況。當體系發生退化時，其強度和剛度通常也會發生變化。如果有橫向鏈接產生，測試對象就會變得更脆更強。同時確認力學屬性和紅外光譜，就可以判斷是那種化學物質變化影響了聚合物。
在人造環境下，用于表面防護的聚合物壽命可以通過其表面的物理、力學及化學屬性的改變來判定。該方法也可以通過引入一個加速因子來計算評估表面防護材料在自然環境下的的壽命。加速因子的大小取決于引起退化的原因及所引入人造環境的類別。
1.4加速測試
1.4.1 UV測試和疝燈試驗
在實驗室條件下，有很多不同的方法可用來進行加速測試。采用不同波長的UV或疝氣燈測試來進行防護材料壽命的預測就是其中兩個加速測試方法。提高溫度，反應時間就會減少，兩者的關系可以表示為阿亨尼絲方程，如式（1）所示。
（式1）
阿亨尼絲方程式中的k是反應的速度常數，Ea是作用能，T為絕對溫度，單位為開爾文，R為氣體常數，A為碰撞頻率因子。
