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葉片防掛冰涂料的進(jìn)展——?jiǎng)⒄齻?風(fēng)電涂料總工程師

2016-04-29 瀏覽數(shù):5474

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)速記:上海麥加涂料有限公司劉正偉/風(fēng)電涂料總工程師  非常感謝,很高興代表上海麥家涂料做葉片防掛

以下內(nèi)容為現(xiàn)場(chǎng)速記:
10劉正偉
上海麥加涂料有限公司劉正偉/風(fēng)電涂料總工程師
  非常感謝,很高興代表上海麥家涂料做葉片防掛冰涂料的探討,第一章 葉片結(jié)冰分類及機(jī)理;第二章 防冰涂料分類;第三章 (超)疏水型葉片防冰涂層原理、失效機(jī)制以及效果;第四章 潛在解決方案。第一章介紹葉片部結(jié)冰分類以及機(jī)理。
  首先葉片冰層分為兩類,第一類是降水覆冰,第二是凝露覆冰。葉片結(jié)冰過程可歸納為三個(gè)過程:液態(tài)水分子與物體表面相接觸(碰撞);界面熱力學(xué)條件的改變,觸發(fā)了水的相變;冰晶附著力使其殘留于表面;過冷水滴與冰晶撞擊后在冰晶上持續(xù)積累,形成結(jié)冰
  我們看一下防掛冰的分類,有一個(gè)超疏水型涂料,這款涂料是市面上應(yīng)用的類型,通過延遲過冷水滴的相變,并在發(fā)生相變前,外力擾動(dòng)驅(qū)散過冷水滴,同而實(shí)現(xiàn)防冰。第二是電發(fā)熱型功能涂料,還有犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料,還有其他的類型,時(shí)間所限不多做介紹。
  葉片要疏水要具有一個(gè)特點(diǎn),就是要低于表面能,市面上用了第一個(gè)原理,就是低表面能,第二個(gè)就是荷葉效應(yīng),這個(gè)超疏水特有的。防冰涂料在2011年已經(jīng)在賣了,我們看一下葉片涂料在涂層所面臨的一些挑戰(zhàn),這里面有一些物理和化學(xué)的,也有其他的因素,比如說物理破壞就是雨蝕,沙蝕,冷熱循環(huán),除此之外還有化學(xué)腐蝕,最主要是光化學(xué)腐蝕,比如說紫外老外,還有一些酸堿分解,以及水解,污染,污染物對(duì)葉片疏水性能造成很大的影響。
  圖中紅色的標(biāo)識(shí)是指表現(xiàn)最為苛刻三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),其他相對(duì)而言,它的影響會(huì)弱一些。我們先看一個(gè)比較簡(jiǎn)單的冷熱水管,大家可以看,經(jīng)過10個(gè)結(jié)冰熔化,十個(gè)循環(huán)之后,冰層在涂層表面附著力幾乎是一個(gè)直線上升的態(tài)勢(shì),但是粉色的線反而不斷下降。為何疏水涂層沒有良好防冰效果,雨蝕一般具有破壞作用,常規(guī)的涂料,尤其是防冰涂料,本身受一些客觀因素的制約,不太可能做成專用的材料,具有超強(qiáng)的防腐蝕效果。一般  表面有一個(gè)小小的破損不影響葉片使用,但是對(duì)防冰材料而言,表面有一個(gè)小小的破壞,效果幾乎宣布失敗。還有一個(gè)紫外老化的問題,疏水涂料在100小時(shí)測(cè)試之后,雖然顏色沒有發(fā)生變化,一切一切都是完美,但是這個(gè)時(shí)候疏水性實(shí)際衰減跟常規(guī)葉片材料同等層次的水平。一百小時(shí)的光照測(cè)試,也僅僅相當(dāng)于2到8個(gè)月的時(shí)間,目前為止,經(jīng)過一些努力測(cè)試,可以把時(shí)間延長(zhǎng)到24個(gè)月,但是僅僅延長(zhǎng)到24個(gè)月。  最后就是污染,污染是最致死,短則一天可以讓圖無(wú)論涂層喪失效果,到5月份昆蟲就產(chǎn)生了蟲蝕,最常見PM2.5不斷積累,最短一天,最長(zhǎng)不超過兩個(gè)月,如果不清洗的話,疏水效果基本失效。
  這個(gè)是在2012年我們的一個(gè)跟蹤實(shí)驗(yàn),運(yùn)行一年以后,近景或多或少還是有一定的效果,一年以后,有疏水狀的痕跡,也有片狀的大面積結(jié)冰的存在。很遺憾局部上仍然有呈片狀大面積的結(jié)冰。我們做一個(gè)小結(jié),局部結(jié)冰成顆粒狀,大面積結(jié)冰情況仍存在。
  我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室做一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬,環(huán)境溫度負(fù)10的條件下,經(jīng)過10分鐘后,翼型前緣結(jié)冰嚴(yán)重。在該實(shí)驗(yàn)條件下,各種涂料表現(xiàn)無(wú)明顯差異,測(cè)試條件有待改進(jìn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果也需另行驗(yàn)證。風(fēng)場(chǎng)實(shí)際防冰效果有限,實(shí)驗(yàn)室模擬防冰效果不佳,我們的展望是什么?就是繼續(xù)搜集超高疏水型防冰涂料在風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù),建立專用防冰凍實(shí)驗(yàn)室,以作全面深入的模擬測(cè)試。
  第四潛在解決方案:石墨烯型吸微波涂料;犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料。依靠微波發(fā)射器輻射微波,涂料吸收熱量后升溫將冰融化;由瑞典能源局贊助的 “Deicing of Wind Turbines using Microwave Technology”項(xiàng)目使用摻雜碳納米管的涂料吸收微波,除冰實(shí)驗(yàn)成功。
  犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料,借鑒船舶犧牲油漆“自拋光“原理,壽命短暫(3天~30天)冰層附著到一定厚度(約20mm)后依靠葉片離心力甩出。20mm厚度層甩脫所需的等效離心剪切應(yīng)力。1、理論所需離心剪切應(yīng)力1.2KPa;2、超疏水型涂層實(shí)測(cè)值為50-200KPa;3、犧牲性防冰涂層實(shí)測(cè)值約1.0KPa。初版原型產(chǎn)品同時(shí)具有低的接觸角滯后特性,優(yōu)良的疏水性能可以明顯延遲結(jié)冰。   謝謝大家!
 

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