涂覆有防腐蚀保护层的基材的制作方法

本发明涉及在外表面上涂覆有防腐蚀保护层的基材。

发明背景

由诸如粉尘、沙子、雪、雨、冰雹或盐之类的颗粒引起的腐蚀会导致基材表面状况甚至几何形状发生变化。这种腐蚀还会导致基材的结构强度下降。

在叶片的特殊情况下，例如风力涡轮机的旋转叶片，颗粒腐蚀会导致前缘处的表面状况发生变化，从而对叶片的空气动力学特性产生负面影响。其他元件也可能受到腐蚀的不利影响，例如用于涂覆工业设备或建筑物的涂料组合物。

已经提出了各种解决方案，以使基材具有更高的耐腐蚀性。其中包括在风力涡轮机叶片的前缘上施涂主要基于聚氨酯的特定涂料和膜。

但是，现有的保护技术具有可以改善的使用寿命。延长使用寿命将降低维护操作的频率。另外，由于冲击速度的增加，防护产品的使用寿命随着叶片尺寸的增加而趋于降低，使得人们更加期望具有提供改进的耐腐蚀性的防护。

发明主题和内容

根据第一方面，本发明涉及在外表面上涂覆有防腐蚀保护层的基材，所述保护层包含树脂，树脂中分散有平均长度在50μm至500μm之间的纤维。

使用特定的平均长度在50μm至500μm之间的纤维可使基材具有更好的耐腐蚀性能。这种长度的纤维的确在保护层内形成了一个网络，该网络保留了因与造成腐蚀的颗粒的撞击而损坏的元件。当纤维的平均长度小于50μm或大于500μm时，所形成的网络不能令人满意地改善耐腐蚀性。

在一个示例性实施方式中，平均纤维长度在80μm至150μm之间。

具有这样的平均长度的纤维的使用进一步改善了耐腐蚀性。

在一个示例性实施方式中，纤维选自：碳纤维，玻璃纤维，二氧化硅纤维，玄武岩纤维，天然来源的纤维，例如亚麻纤维，以及它们的混合物。特别地，纤维可以是碳纤维。

这样的纤维类型具有进一步提高耐腐蚀性的优点。

在一个示例性实施方式中，纤维以0.1％至30％之间，例如2.5％至25％之间的质量含量存在于保护层中。

该特征进一步提高了耐腐蚀性。

在一个示例性实施方式中，平均纤维直径小于或等于50μm。

具有这样的平均直径的纤维的使用提供了获得更均匀的网络的优点，允许甚至更好地保持受损元件，并因此进一步改善了耐腐蚀性。

在一个示例性实施方式中，树脂是聚氨酯树脂。

在一个示例性实施例中，保护层是其中分散有纤维的涂料层。

在一个示例性实施方式中，基材具有空气动力学外形。特别地，基材可以选自：叶片，飞机机翼或飞机机身。特别地，基材可以是风力涡轮机叶片。

在一个示例性实施方式中，基材由复合材料或金属材料制成，所述复合材料包含由基质致密化的纤维增强物。特别地，所述基质可以是有机基质。

附图简要说明

通过下面参照附图的非限制性描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：

-图1是根据本发明的经涂覆的基材的第一实例的示意图，

-图2是根据本发明的经涂覆的基材的第二实例的示意图，

-图3是根据本发明涂覆的基材的第三实例的示意图，

-图4是根据本发明的经涂覆的风力涡轮机叶片的示意图，

-图5a至5d是在非本发明的经涂覆的基材上进行的水蚀试验结果的照片，

-图6a至6f是在根据本发明的经涂覆的基材的第一实例上进行的水蚀试验结果的照片，和

-图7a至7d是在根据本发明的经涂覆的基材的第二实例上进行的水蚀试验结果的照片。

实施方式详述

图1示出了在外表面6上涂覆有防腐蚀保护层3的基材1。保护层3可以与基材1的外表面6接触。当没有涂覆保护层3时，基材1的外表面6将暴露于诸如水滴或固体颗粒之类的引起腐蚀的颗粒流。

基材1可以由复合材料制成并且具有通过基质致密化的纤维增强物。所述基质可以是有机基质，例如环氧树脂。纤维增强物可以由玻璃或碳增强纤维或这种增强纤维的混合物构成。或者，基材1可以是金属的，例如可以是铝合金。

保护层3包含树脂5，平均长度在50μm至500μm之间的纤维7分散在树脂5中。“平均长度”是统计群体半数分布给出的长度(尺寸d50)。纤维的平均(中值)长度可以在80μm至150μm之间。

如上所述，平均纤维直径可以为50μm或更小。纤维的直径是指其最大的横向尺寸。平均直径是统计群体半数分布给出的直径。

纤维7可以选自：碳纤维，玻璃纤维，二氧化硅纤维，玄武岩纤维，天然来源的纤维，例如亚麻纤维，以及它们的混合物。特别地，纤维7可以是碳纤维。

树脂5可以是聚氨酯树脂。或者，树脂5可以是环氧树脂。

根据一个实例，可以通过将纤维7分散在涂料组合物中来形成保护层3。保护层3可以基本上由包含纤维7的涂料组合物构成。可以在本发明中使用的涂料组合物的实例是由巴斯夫(basf)出售的名为“windhstopcoatral7035”的涂料。

纤维7可以以大于或等于0.1％，例如大于或等于2.5％，例如大于或等于5％的质量含量存在于保护层3中。

纤维7可以例如以0.1％至30％之间，例如0.1％至10％之间的质量含量存在于保护层3中。例如，纤维7可以以2.5％至25％之间，例如2.5％至10％之间，或甚至5％至10％之间的质量含量存在于保护层3中。

保护层3的厚度e可以大于或等于50μm，例如100μm。

图2示出了一个示例性实施方式，其中基材1的外表面6已经涂覆有填充了纤维7的几个保护层3a和3b。结合图1描述的保护层3的特征适用于每个保护层3a和3b。保护层3b可以与保护层3a接触。保护层3b可以与保护层3a相同或不同。已经示出了具有两个叠加的保护层3a和3b的示例性实施方式。在未示出的替代方案中，涂层可以由多于两个填充有纤维7的层叠加来构成。

在图1和图2的示例中，覆盖基材1的涂层的外层(即距基材1最远的层)由填充有平均长度在50μm至500μm之间的纤维7的层3或3b形成。然而，当不是这种情况时，这并不超出本发明的范围，如现在结合图3所描述的。

在图3的情况中，覆盖基材1的涂层的外层4没有被纤维7填充。外层4可以是涂料层。外层4可以提供抗腐蚀作用或美学作用。结合图1描述的保护层3的特征适用于图3的实例中的保护层3a。外层4可以与保护层3接触。在未示出的替代方案中，可以具有多个各自填充有纤维7的叠加层和覆盖这些叠加层的外层4。

图4示出了一个实例，其中经涂覆的基材10具有空气动力学外形，并且在此是风力涡轮机的叶片10。根据该实例，保护层3尤其覆盖了基材10的前缘。在图4中故意增加了保护层3的厚度，以便于看图。

在该实例中，基材10是旋转部件，即意图旋转的部件。经涂覆的基材可以是运动部件，例如叶片，飞机机翼或飞机机身。或者，基材可以是固定部件，例如暴露于工业设备或建筑物的外部环境的表面。

实施例

进行了各种测试以评估通过实施本发明获得的耐腐蚀性的改善。所有测试均根据标准astmg73-10(“使用旋转设备进行的液体冲击腐蚀的标准测试方法(standardtestmethodforliquidimpingementerosionusingrotatingapparatus)”)进行。

实施例1(比较例)

进行非本发明的第一测试，其结果在图5a至5d中给出。

在该测试中，将由巴斯夫出售的名为“windhstopcoatral7035”的涂料施涂到基材上，形成厚度约为150μm的涂层。

图5a、5b、5c和5d分别示出了在0、30、60和90分钟时的涂层状况。

60分钟后，涂层开始受损(图5c)。受到这种损坏之后，腐蚀变得很快。发现涂层在90分钟后被完全腐蚀(图5d)。

实施例2(根据本发明)

进行根据本发明的测试，其结果在图6a至6f中给出。

在该测试中，将切割到平均长度120μm的碳纤维分散在巴斯夫出售的名为“windhstopcoatral7035”的涂料中。所使用的纤维的平均直径为7μm。然后将该组合物施涂到基材上以形成厚度为约150μm的涂层。形成的涂层的碳纤维含量为10质量％。

图6a、6b、6c、6d、6e和6f分别示出了在0、30、60、90、120和150分钟时的涂层状况。

保护层中纤维的存在改变了降解方式并改善了耐腐蚀性。当存在纤维时，保护层的表面状况被改变但不是被腐蚀。随着时间的推移，保护层中穿透的出现被推迟了。

可以早在60分钟时看到可见的痕迹，表明保护层的表面状况发生了变化(图6c-6e)。

但是，只有在测试的150分钟后才看到保护层的首次局部穿透(图6f)。此外，即使在测试的150分钟后，保护层也没有被完全腐蚀，而只是局部地被穿透，这与根据实施例1的不是本发明的测试不同，在后者中，早在90分钟就达到了完全腐蚀。

实施例3(根据本发明)

进行根据本发明的另一个测试，其结果在图7a至7d中给出。

该测试与实施例2相同，不同之处在于形成的涂层的碳纤维含量为2.5质量％。

图7a、7b、7c和7d分别示出了在0、30、60和90分钟时的涂层状况。

实施例3中的涂层的耐腐蚀性比实施例1中的涂层更好。在90分钟的测试之后，仅仅达到了局部穿透，而不是如实施例1所述的非本发明的测试中那样完全腐蚀。

短语“在...与...之间”应被理解为包括端值。