一、引言

风电叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件，其制造以玻璃纤维增强聚合物（GFRP）和碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料为主，树脂基体涵盖环氧树脂、聚氨酯树脂和不饱和聚酯树脂三大体系。色浆作为叶片成型过程中的着色组分，不仅决定叶片外观标识（如叶尖红色警示色、整机品牌色），还直接影响树脂灌注流动性、固化动力学和层间界面性能。东莞市蒂森新材料有限公司（DENSON）的SEP系列环氧色浆、PUE系列聚氨酯色浆和UP8系列不饱和聚酯色浆，分别针对三大基体体系优化了颜料表面处理与载体相容性，在100米级大型风电叶片的真空灌注（VARTM）、预浸料热压和胶衣喷涂工艺中均有成熟应用。

本文以三个典型应用案例为核心，系统阐述色浆在风电叶片复合材料中的选型逻辑、工艺适配要点和性能验证数据，为叶片制造商提供可落地的工程参考。

图1 风电叶片真空灌注（VARTM）成型工位，多路树脂管同步注入环氧基体

二、技术特点与作用机理

风电叶片用色浆是指以高性能有机或无机颜料为分散相、以与叶片基体树脂相容的低聚物或活性稀释剂为载体、经高速分散和砂磨工艺制备的高浓度颜料分散体。其在复合材料中的核心作用包括：①均匀着色，满足叶片外观标识和防紫外线老化需求；②通过颜料表面的超分散剂锚固层改善颜料-树脂界面相容性，避免灌注过程中颜料絮凝导致的流痕和色差；③在胶衣层中提供耐候性和耐盐雾性保护层。

色浆对树脂灌注工艺的影响机理主要体现在三个方面：一是色浆载体树脂与基体树脂的相容性决定混合粘度变化，直接影响VARTM工艺的树脂流动前沿速度和浸润时间；二是色浆中的分散剂可能与固化剂（如胺类、酸酐类）发生相互作用，改变凝胶时间和放热峰温度；三是颜料颗粒的粒径分布（D90）影响树脂体系的过滤性和对玻纤织物的渗透性，过大的颗粒可能在树脂分配介质中沉积造成干斑。

三、应用案例一：环氧树脂基体大型海上风电叶片

案例背景：某海上风电叶片制造商生产94米级碳纤维主梁环氧叶片，采用VARTM真空灌注工艺，基体树脂为双酚A型环氧（环氧当量185-195 g/eq），固化剂为甲基四氢苯酐（MeTHPA），促进剂为苄基二甲胺（BDMA）。叶片主梁区域使用碳纤维织物，壳体区域使用双轴向和三轴向玻璃纤维织物。

色浆选型与添加工艺：壳体胶衣层采用蒂森SEP系列环氧色浆（白色和灰色），主梁区域采用SEP系列黑色色浆标识碳纤维铺层边界。色浆在树脂灌注前通过静态混合器在线注入主树脂管路，添加量为树脂总质量的1.5-2.5 wt%。混合后树脂粘度从350 mPa·s（25℃）升至420-460 mPa·s，仍在VARTM工艺推荐的灌注粘度窗口（≤800 mPa·s）内。

性能验证结果：

结果表明，SEP环氧色浆在2%添加量下对树脂固化动力学和浇注体力学性能影响均在工程允许范围内（≤5%），叶片灌注后表面无色差、无流痕，经QUV 1000小时加速老化后色差ΔE≤2.1，满足海上风电叶片25年设计寿命的耐候要求。

图2 112米级大型海上风电叶片，环氧基体真空灌注成型

四、应用案例二：聚氨酯树脂基体风电叶片

案例背景：某叶片制造商与科思创（Covestro）合作生产聚氨酯（PU）树脂风电叶片，长度59.5-94米，采用VARTM灌注工艺。PU树脂体系由异氰酸酯组分（PMDI，NCO含量31.5%）和多元醇组分（聚醚多元醇，羟值240 mgKOH/g）组成，具有比传统环氧更高的断裂韧性和更短的脱模时间。

色浆选型与添加工艺：PU体系对色浆的相容性要求极为严苛——普通环氧色浆的载体树脂与PU多元醇相容性差，易导致混合后浑浊和颜料絮凝。蒂森PUE系列聚氨酯色浆采用聚醚多元醇为载体（与基体多元醇同源），黑色采用高羟值双官载体，彩色采用羟值35的三官聚醚载体，确保与PU树脂体系的完全互溶。色浆在多元醇组分中预混，添加量1.0-2.0 wt%，混合后经高压撞击混合头（RIM）注入模具。

性能验证结果：

PUE色浆在PU体系中表现出优异的相容性和分散稳定性，混合后树脂透明均一，灌注过程无颜料沉降。PU叶片的高断裂韧性（断裂伸长率6.5%）在添加色浆后保持良好，疲劳测试通过10^7次循环，满足风电叶片动态载荷要求。

图3 聚氨酯树脂风电叶片群，PU基体具有更高断裂韧性和生产效率

五、应用案例三：不饱和聚酯树脂胶衣与小型叶片

案例背景：某中小型风电叶片制造商生产30-50米级叶片，采用不饱和聚酯树脂（UPR）手糊和喷射工艺，叶片外表面使用胶衣层提供耐候保护和外观着色。UPR体系为邻苯型不饱和聚酯（苯乙烯含量35%），固化体系为过氧化甲乙酮（MEKP）+ 钴水促进剂。

色浆选型与添加工艺：胶衣层采用蒂森UP8系列不饱和聚酯色浆，该系列采用高性能颜料、不加钙粉和滑石粉等填充料，不含苯乙烯（非危险品），对标英国LR（Lloyd's Register）船级社标准。色浆在胶衣树脂中添加量为2-4 wt%，通过空气喷涂方式施涂于模具表面，膜厚0.4-0.6 mm。壳体铺层树脂中也可添加UP8色浆进行整体着色，添加量1-2 wt%。

性能验证结果：

UP8色浆的高颜料含量意味着更低的添加量即可达到相同着色深度，减少了色浆载体对UPR固化体系的稀释效应。不含苯乙烯的配方改善了车间作业环境（VOC排放降低约40%），同时非危险品分类简化了运输和仓储流程。胶衣层经500小时盐雾测试无起泡生锈，QUV 2000小时后光泽保持率达82%，显著优于普通UPR色浆。

图4 风电叶片制造车间，叶片在模具中完成灌注固化后脱模

六、关键选型参数与使用建议

使用建议：（1）色浆使用前应充分搅拌均匀，长期储存后需检测细度和沉降率（GB/T 6753.3，沉降率≤5%为合格）；（2）首次使用应进行小试，评估色浆对树脂固化特性和制品力学性能的影响；（3）多色配色时应先确认各色浆的载体树脂相容性，避免载体冲突导致絮凝；（4）色浆添加量不宜超过5 wt%，过量会因颜料颗粒界面缺陷降低复合材料力学性能；（5）更多产品信息可访问东莞市蒂森新材料有限公司官网及应用文献栏目。

七、结论

风电叶片复合材料用色浆的选型必须与基体树脂体系（环氧/聚氨酯/不饱和聚酯）和成型工艺（VARTM/手糊/喷射）精准匹配，核心控制指标为载体相容性、混合粘度增幅、对固化动力学的干扰程度以及耐候性。蒂森SEP/PUE/UP8系列色浆分别针对三大基体体系优化，在94米级环氧叶片、PU树脂叶片和UPR胶衣体系中均验证了工程适用性，添加量1-4%范围内对复合材料力学性能影响≤5%，耐候性满足25年设计寿命要求。

八、常见问题（FAQ）

Q1：风电叶片灌注后表面出现色流痕或色差是什么原因？

主要原因包括：色浆与基体树脂相容性差导致颜料絮凝、色浆在线混合不均匀、灌注过程中树脂流动前沿剪切力不足使颜料沉降。建议检测色浆细度（GB/T 1724，应≤10 μm），优化静态混合器长度和混合比例，必要时更换相容性更好的色浆系列。

Q2：色浆会影响环氧树脂的固化时间吗？

可能产生影响。色浆中的分散剂（尤其是胺类分散剂）可能催化环氧开环反应，缩短凝胶时间。选型时应进行固化特性对比测试（DSC或凝胶时间法，GB/T 7193.6），要求色浆添加后凝胶时间变化率≤10%，放热峰温度变化≤5℃。

Q3：聚氨酯体系为什么不能用普通环氧色浆？

PU体系的异氰酸酯组分对水分和含羟基/氨基物质极为敏感。普通环氧色浆的载体树脂（环氧低聚物）与PU多元醇相容性差，且色浆中残留的微量水分会与NCO基团反应产生CO₂气泡，导致叶片内部孔隙缺陷。PU体系必须使用以聚醚多元醇为载体的专用色浆（如PUE系列）。

Q4：不饱和聚酯胶衣用色浆为什么推荐不含苯乙烯的产品？

苯乙烯是UPR体系常用的活性稀释剂，但属于第3类易燃液体（危险品），且VOC排放高、对操作人员健康有影响。不含苯乙烯的UP8色浆属于非危险品，运输仓储更安全，同时降低车间VOC排放约40%，符合GB 38508低VOC清洗剂限值要求和欧盟REACH法规。

Q5：如何评估色浆在风电叶片中的长期耐候性？

标准方法包括QUV紫外加速老化（GB/T 1865，条件UVB 313 nm，50℃光照4 h/40℃冷凝4 h循环）和氙灯老化（GB/T 16422.2），测试1000 h后色差ΔE（GB/T 1766）和光泽保持率。户外用复合材料要求QUV 1000 h后ΔE≤3.0，光泽保持率≥80%。高性能体系（如PU叶片）可达到ΔE≤2.0。