近期，浙江工业大学冯杰/涂书画科研团队成功制备了具有优异抗雨蚀性、高弹性、牢固的稳定疏水涂层。该弹性疏水涂层在保护海上风电叶片抗雨蚀方面显示出巨大的应用潜力。论文发表在《Progress in Organic Coatings》杂志上发表了一篇题为“Highly elastic and stable hydrophobic coatings with excellent rain erosion resistance for wind turbine blades”上（2025, 200, 109013）。
风能作为一种清洁且丰富的可再生能源，可以通过风力发电机将风能转化为电能。风电是一种清洁能源。风电叶片由环氧树脂加玻纤复合制备而成，为了保护环氧树脂不受UV破坏，须使用涂层保护，目前涂层一般用聚丙烯酸酯类、聚氨酯类。西北的风电叶片怕风沙磨损，西南高原的怕冻雨结冰，沿海的则怕雨水侵蚀。雨水侵蚀是由反复和高速的液滴撞击引起的，造成点蚀或剥落形式的损坏。由于叶片表面粗糙度的增加，被侵蚀的叶片导致空气阻力显著增加，从而使年发电量减少25%。在风电设备的维护保养中，维修风机叶片是最昂贵、最耗时的，在使用寿命为20年的长期运行中，约占总成本的35%。这对于风力发电产业的可持续发展来说，无疑是一个巨大的阻碍。所以，研发出一种能够有效抵抗酸雨侵蚀的叶片保护涂层，已经成为风电领域亟待解决的关键问题。雨水侵蚀的核心机理是：一方面，沿海地区的雨水一般呈弱酸性，长期酸雨浸润导致聚丙烯酸酯的酯键水解，导致涂层脱落，另一方面，雨水高速冲击导致脆性涂层开裂，进一步加速了涂层水解。因此涂层必须具有稳定疏水性和弹性。该论文以低Tg的含氟羟丙乳液（FHA）为基质、水溶性聚醚多元醇（PPG）为弹性成分、水性封闭型多异氰酸酯为交联剂，通过优化配方和工艺，成功制得了具有高弹性、稳定疏水、优异抗雨蚀性能的涂层。FHA乳液凭借其含氟特性，赋予了涂层良好的疏水性，能有效阻止雨水的侵蚀。PPG则为涂层增添了出色的弹性，使其在面对雨滴的高速冲击时，能通过弹性变形来缓冲冲击力，减少损伤。封闭型多异氰酸酯能够将FHA和PPG以及环氧树脂基底紧密地交联在一起，形成一种稳固的结构（图1）。
图1. 以含氟羟丙乳液为主体，构建弹性、稳定疏水涂层用于风电叶片抗雨蚀
表1和图2是FHA弹性体的性能表征结果。随着PPG用量增加，涂层断裂伸长率和拉伸强度增加，而弹性模量降低，可以吸收应力变形并抵抗雨滴冲击。在pH=4模拟酸雨中浸泡48小时后，与羟基丙烯酸乳液（HA）涂层相比，FHA涂层仍然保持更好的柔韧性、抗冲击性和机械强度。
图2.酸雨浸泡前后不同涂层的断裂伸长率（a）、拉伸强度（b）和抗冲击性高度（c）；（d）不同涂层围绕棒弯曲而不失效的最小棒直径。
对涂层的润湿性暨水滴接触角（WCA）进行测量，如图3a所示，FHA疏水涂层改善了表面性能，具有高疏水性。传统的羟丙涂层疏水性较差。通过模拟酸雨（pH=4）浸泡的WCA变化来表征疏水稳定性。如图3b所示，FHA涂层浸泡7天，接触角保持在105°以上，表现出良好的疏水稳定性。HA涂层则迅速失去疏水性能，难以抵抗酸雨的渗透。图4a显示，在酸雨模拟液的冲击下，与未交联的FHA涂层相比，交联的FHA涂层能更好地抵抗雨水冲击。HA涂层的疏水性在酸雨冲击下迅速降低，而FHA涂层可以更长时间地保持疏水性。但纯净水冲击下，接触角变化情况跟模拟酸雨近似（图4b），这说明短时间（48 h）内，接触角下降主要是由羟基等极性基团的向外翻转导致的，酯键尚未受到模拟酸雨影响而断裂。
图3.不同涂层在酸雨模拟液中浸泡后的水接触角变化（b图为a图的局部放大）。这种新型的高弹性稳定疏水涂层，为风电叶片的防护带来了新的曙光。它有望解决叶片被雨水侵蚀的难题，为风能的高效、可持续利用奠定了坚实的基础。相信在未来，随着材料科学和技术的不断进步，将会有更多性能优异的涂层材料被研发出来，进一步推动风力发电产业的发展。
图4.（a）模拟酸雨（pH=4）侵蚀和（b）纯水侵蚀2天后涂层的水接触角变化。
表2给出了两种涂层在叶片（环氧玻璃纤维增强材料）表面的附着力。FHA涂层和HA涂层在环氧树脂基材上均具有良好的附着力。FHA涂层的硬度为2H，小于HA涂层4H硬度。柔软弹性的FHA涂层更有利于抵抗雨水侵蚀。
这种新型的高弹性稳定疏水涂层，为风电叶片的防护带来了新的曙光。它有望解决叶片被雨水侵蚀的难题，为风能的高效、可持续利用奠定了坚实的基础。相信在未来，随着材料科学和技术的不断进步，将会有更多性能优异的涂层材料被研发出来，进一步推动风力发电产业的发展。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300944024008051
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