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叶片防挂冰涂料的进展——刘正伟/风电涂料总工程师

上传日期:2016-04-29  播放次数:3086
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以下内容为现场速记:
10刘正伟
上海麦加涂料有限公司刘正伟/风电涂料总工程师
  非常感谢,很高兴代表上海麦家涂料做叶片防挂冰涂料的探讨,第一章 叶片结冰分类及机理;第二章 防冰涂料分类;第三章 (超)疏水型叶片防冰涂层原理、失效机制以及效果;第四章 潜在解决方案。第一章介绍叶片部结冰分类以及机理。
  首先叶片冰层分为两类,第一类是降水覆冰,第二是凝露覆冰。叶片结冰过程可归纳为三个过程:液态水分子与物体表面相接触(碰撞);界面热力学条件的改变,触发了水的相变;冰晶附着力使其残留于表面;过冷水滴与冰晶撞击后在冰晶上持续积累,形成结冰
  我们看一下防挂冰的分类,有一个超疏水型涂料,这款涂料是市面上应用的类型,通过延迟过冷水滴的相变,并在发生相变前,外力扰动驱散过冷水滴,同而实现防冰。第二是电发热型功能涂料,还有牺牲性临时防护涂料,还有其他的类型,时间所限不多做介绍。
  叶片要疏水要具有一个特点,就是要低于表面能,市面上用了第一个原理,就是低表面能,第二个就是荷叶效应,这个超疏水特有的。防冰涂料在2011年已经在卖了,我们看一下叶片涂料在涂层所面临的一些挑战,这里面有一些物理和化学的,也有其他的因素,比如说物理破坏就是雨蚀,沙蚀,冷热循环,除此之外还有化学腐蚀,最主要是光化学腐蚀,比如说紫外老外,还有一些酸碱分解,以及水解,污染,污染物对叶片疏水性能造成很大的影响。
  图中红色的标识是指表现最为苛刻三个关键点,其他相对而言,它的影响会弱一些。我们先看一个比较简单的冷热水管,大家可以看,经过10个结冰熔化,十个循环之后,冰层在涂层表面附着力几乎是一个直线上升的态势,但是粉色的线反而不断下降。为何疏水涂层没有良好防冰效果,雨蚀一般具有破坏作用,常规的涂料,尤其是防冰涂料,本身受一些客观因素的制约,不太可能做成专用的材料,具有超强的防腐蚀效果。一般  表面有一个小小的破损不影响叶片使用,但是对防冰材料而言,表面有一个小小的破坏,效果几乎宣布失败。还有一个紫外老化的问题,疏水涂料在100小时测试之后,虽然颜色没有发生变化,一切一切都是完美,但是这个时候疏水性实际衰减跟常规叶片材料同等层次的水平。一百小时的光照测试,也仅仅相当于2到8个月的时间,目前为止,经过一些努力测试,可以把时间延长到24个月,但是仅仅延长到24个月。  最后就是污染,污染是最致死,短则一天可以让图无论涂层丧失效果,到5月份昆虫就产生了虫蚀,最常见PM2.5不断积累,最短一天,最长不超过两个月,如果不清洗的话,疏水效果基本失效。
  这个是在2012年我们的一个跟踪实验,运行一年以后,近景或多或少还是有一定的效果,一年以后,有疏水状的痕迹,也有片状的大面积结冰的存在。很遗憾局部上仍然有呈片状大面积的结冰。我们做一个小结,局部结冰成颗粒状,大面积结冰情况仍存在。
  我们在实验室做一个简单的模拟,环境温度负10的条件下,经过10分钟后,翼型前缘结冰严重。在该实验条件下,各种涂料表现无明显差异,测试条件有待改进,实验结果也需另行验证。风场实际防冰效果有限,实验室模拟防冰效果不佳,我们的展望是什么?就是继续搜集超高疏水型防冰涂料在风场的实际数据,建立专用防冰冻实验室,以作全面深入的模拟测试。
  第四潜在解决方案:石墨烯型吸微波涂料;牺牲性临时防护涂料。依靠微波发射器辐射微波,涂料吸收热量后升温将冰融化;由瑞典能源局赞助的 “Deicing of Wind Turbines using Microwave Technology”项目使用掺杂碳纳米管的涂料吸收微波,除冰实验成功。
  牺牲性临时防护涂料,借鉴船舶牺牲油漆“自抛光“原理,寿命短暂(3天~30天)冰层附着到一定厚度(约20mm)后依靠叶片离心力甩出。20mm厚度层甩脱所需的等效离心剪切应力。1、理论所需离心剪切应力1.2KPa;2、超疏水型涂层实测值为50-200KPa;3、牺牲性防冰涂层实测值约1.0KPa。初版原型产品同时具有低的接触角滞后特性,优良的疏水性能可以明显延迟结冰。   谢谢大家!
 
 
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