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葉片防掛冰涂料的進展——劉正偉/風電涂料總工程師

2016-04-29 瀏覽數:5471

以下內容為現場速記:上海麥加涂料有限公司劉正偉/風電涂料總工程師  非常感謝,很高興代表上海麥家涂料做葉片防掛

以下內容為現場速記:
10劉正偉
上海麥加涂料有限公司劉正偉/風電涂料總工程師
  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 葉片結冰分類及機理;第二章 防冰涂料分類;第三章 (超)疏水型葉片防冰涂層原理、失效機制以及效果;第四章 潛在解決方案。第一章介紹葉片部結冰分類以及機理。
  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。葉片結冰過程可歸納為三個過程:液態水分子與物體表面相接觸(碰撞);界面熱力學條件的改變,觸發了水的相變;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積累,形成結冰
  我們看一下防掛冰的分類,有一個超疏水型涂料,這款涂料是市面上應用的類型,通過延遲過冷水滴的相變,并在發生相變前,外力擾動驅散過冷水滴,同而實現防冰。第二是電發熱型功能涂料,還有犧牲性臨時防護涂料,還有其他的類型,時間所限不多做介紹。
  葉片要疏水要具有一個特點,就是要低于表面能,市面上用了第一個原理,就是低表面能,第二個就是荷葉效應,這個超疏水特有的。防冰涂料在2011年已經在賣了,我們看一下葉片涂料在涂層所面臨的一些挑戰,這里面有一些物理和化學的,也有其他的因素,比如說物理破壞就是雨蝕,沙蝕,冷熱循環,除此之外還有化學腐蝕,最主要是光化學腐蝕,比如說紫外老外,還有一些酸堿分解,以及水解,污染,污染物對葉片疏水性能造成很大的影響。
  圖中紅色的標識是指表現最為苛刻三個關鍵點,其他相對而言,它的影響會弱一些。我們先看一個比較簡單的冷熱水管,大家可以看,經過10個結冰熔化,十個循環之后,冰層在涂層表面附著力幾乎是一個直線上升的態勢,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,具有超強的防腐蝕效果。一般  表面有一個小小的破損不影響葉片使用,但是對防冰材料而言,表面有一個小小的破壞,效果幾乎宣布失敗。還有一個紫外老化的問題,疏水涂料在100小時測試之后,雖然顏色沒有發生變化,一切一切都是完美,但是這個時候疏水性實際衰減跟常規葉片材料同等層次的水平。一百小時的光照測試,也僅僅相當于2到8個月的時間,目前為止,經過一些努力測試,可以把時間延長到24個月,但是僅僅延長到24個月。  最后就是污染,污染是最致死,短則一天可以讓圖無論涂層喪失效果,到5月份昆蟲就產生了蟲蝕,最常見PM2.5不斷積累,最短一天,最長不超過兩個月,如果不清洗的話,疏水效果基本失效。
  這個是在2012年我們的一個跟蹤實驗,運行一年以后,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冰的存在。很遺憾局部上仍然有呈片狀大面積的結冰。我們做一個小結,局部結冰成顆粒狀,大面積結冰情況仍存在。
  我們在實驗室做一個簡單的模擬,環境溫度負10的條件下,經過10分鐘后,翼型前緣結冰嚴重。在該實驗條件下,各種涂料表現無明顯差異,測試條件有待改進,實驗結果也需另行驗證。風場實際防冰效果有限,實驗室模擬防冰效果不佳,我們的展望是什么?就是繼續搜集超高疏水型防冰涂料在風場的實際數據,建立專用防冰凍實驗室,以作全面深入的模擬測試。
  第四潛在解決方案:石墨烯型吸微波涂料;犧牲性臨時防護涂料。依靠微波發射器輻射微波,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”項目使用摻雜碳納米管的涂料吸收微波,除冰實驗成功。
  犧牲性臨時防護涂料,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力。1、理論所需離心剪切應力1.2KPa;2、超疏水型涂層實測值為50-200KPa;3、犧牲性防冰涂層實測值約1.0KPa。初版原型產品同時具有低的接觸角滯后特性,優良的疏水性能可以明顯延遲結冰。   謝謝大家!
 

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