一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料及其制备方法，所述涂料由以下重量份原料组成：超双疏改性纳米碳管8‑15份、多孔填料粉2‑5份、改性树脂45‑70份、分散剂2‑4份、消泡剂1‑2份、流平剂2‑3份、溶剂15‑27份。本发明吸能超疏水防覆冰新材料主要基于荷叶超疏水仿生原理设计，通过采用低表面能的有机物构造粗糙表面结构，实现材料的超双疏功能(超疏水超疏油)。本发明提供的风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料形成的涂层具有强附着力、高耐候性、强防覆冰能力，在下雪时具有明显的延时结冰效果，大大减少结冰量，同时涂层的吸能特性，使涂层即使在极低温度(零下摄氏度)也极易脱冰，使得使用本发明涂层的风机叶片具有防覆冰的功能。

说明书

技术领域

本发明涉及风机叶片防覆冰技术领域，尤其涉及一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料及其制备方法。

背景技术

风能是一种清洁可再生能源，风力发电不仅是我国常规电力的一种补充，更是未来电力发展的一个趋势。但是风场往往建在风能充足、气温较低的高山上，风电机组叶片表面结冰问题日益突出。叶片表面结冰一方面会导致叶片过载、叶片冰载荷分布不均，进而造成风电机组效率低下。另一方面在叶片旋转过程中，大块冰层脱落极易造成运营事故。

传统的除冰方法浪费大量的人力物力且除冰效率低下。超疏水涂料防覆冰是近几年一直在研究的新型防冰方法。虽然有超疏水涂料在风电叶片防覆冰领域的相关报道，但是由于超疏水涂层需要接触空气中的一些油灰，超疏水性能很快丧失，因此超疏水涂层无法进行大规模长时间的使用，之前的一些关于风电叶片超疏水涂料防冰的报道仅仅是处于理论和实验室阶段，无法在现场进行大规模应用。因此亟需一种耐候性佳、可大规模应用的超疏水材料用于风电叶片防冰领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料及其制备方法，旨在通过涂层的超双疏性和高耐候性提高风机叶片的防覆冰性能。同时涂层的吸能特性，使涂层即使在极低温度(零下)下也极易脱冰。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料，由以下重量份原料组成：超双疏改性纳米碳管8-15份、多孔填料粉2-5份、改性树脂45-70份、分散剂2-4份、消泡剂1-2份、流平剂2-3份、溶剂15-27份。

溶剂为乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇、丙二醇甲醚醋酸酯中至少一种。

超双疏改性纳米碳管由以下重量份原料组成：1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷2-5份、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷3-5份、三氟甲基三甲基硅烷0-5份、三氟丙基甲基环三硅氧烷5-10份、碳纳米管40-50份、溶剂30-40份。溶剂为乙醇。

超双疏改性纳米碳管的制备方法为：将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、三氟甲基三甲基硅烷、三氟丙基甲基环三硅氧烷和碳纳米管加入溶剂中，在60℃环境中分散24h后自然冷却。

碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管。

多孔填料粉为多孔粉石英、硅藻土、煅烧高岭土、气相二氧化硅、硅微粉、膨润土。

改性树脂为氟改性树脂、有机硅改性树脂、氟硅改性树脂。

一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

1)向改性树脂中加入分散剂、超双疏改性碳纳米管，混合均匀；

2)加入多孔填料粉，混合均匀；

3)加入消泡剂、流平剂、溶剂，混合均匀，即可获得所述风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料。

本发明的有益效果：

本发明吸能超疏水防覆冰新材料主要基于荷叶超疏水仿生原理设计，通过采用低表面能的有机物构造粗糙表面结构，实现材料的超双疏功能(超疏水超疏油)。构造超疏水表面有助于极大的降低冰晶与接触界面的附着力。超疏水涂层的覆冰垂直粘接强度和剪切粘接强度小的原因在于，一方面超疏水涂层的低表面能减小了冰与涂层的作用力，另一方面，涂层的粗糙结构在冰和涂层间引入空气，同时使得冰层与涂层之间形成近似点接触，即冰层与涂层之间的实际接触面积大大减少，因而冰对涂层的粘附力就大大减小，从而冰层容易从衬底表面脱落，表现出良好的防覆冰特性。吸能超双疏防覆冰涂层特有的超疏油性能，使其在自然条件下可以耐油灰，能大幅提高防覆冰涂层的耐候性。吸能超双疏防覆冰涂层能够利用黑色粉体吸收太阳光，并存储能量，在有光照时，即使温度在零下摄氏度，涂层表面温度比环境温度高2-5℃，冰层与涂层表面连接处更易融化，由于涂层的超疏水性能，冰层随即脱落。

本发明提供的风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料形成的涂层具有强附着力、高耐候性、强防覆冰能力，在下雪时具有明显的延时结冰效果，大大减少结冰量，同时涂层的吸能特性，使涂层即使在极低温度(零下摄氏度)也极易脱冰，使得使用本发明涂层的风机叶片具有防覆冰的功能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明实施例所用分散剂为分散剂5040，消泡剂为消泡剂BYK011，流平剂为流平剂BYK333。

实施例1

一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料，由以下重量份原料组成：超双疏改性纳米碳管10份、煅烧高岭土3份、SIC6114有机硅改性树脂55份、分散剂3份、消泡剂2份、流平剂3份以及溶剂，溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯14份、正丁醇5份、乙酸丁酯5份。

其制备方法，包括以下步骤：

1)向SIC6114有机硅改性树脂中加入分散剂、超双疏改性碳纳米管，高速分散20-30min使其混合均匀；

2)加入煅烧高岭土，高速分散20-30min使其混合均匀；

3)加入消泡剂、流平剂、溶剂，高速分散10-20min使其混合均匀，即可获得所述风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料。

其中，超双疏改性碳纳米管的制备方法为(以重量份计)：将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷5份、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷3份、三氟甲基三甲基硅烷5份、三氟丙基甲基环三硅氧烷7份和单壁碳纳米管40份加入乙醇40份中，在60℃环境中分散24h后自然冷却。

实施例2

一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料，由以下重量份原料组成：超双疏改性纳米碳管8份、气相二氧化硅2份、氟硅改性树脂HY-108 70份、分散剂2份、消泡剂1份、流平剂2份以及溶剂，溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯5份、乙酸乙酯5份、乙酸丁酯5份。

其制备方法，包括以下步骤：

1)向氟硅改性树脂HY-108中加入分散剂、超双疏改性碳纳米管，高速分散20-30min使其混合均匀；

2)加入气相二氧化硅，高速分散20-30min使其混合均匀；

3)加入消泡剂、流平剂、溶剂，高速分散10-20min使其混合均匀，即可获得所述风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料。

其中，超双疏改性碳纳米管的制备方法为(以重量份计)：将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷5份、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷3份、三氟甲基三甲基硅烷2份、三氟丙基甲基环三硅氧烷10份和单壁碳纳米管50份加入乙醇30份中，在60℃环境中分散24h后自然冷却。

实施例3

一种风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料，由以下重量份原料组成：超双疏改性纳米碳管15份、多孔粉石英5份、氟改性树脂23-19 45份、分散剂4份、消泡剂2份、流平剂2份以及溶剂，溶剂包括丙二醇甲醚醋酸酯10份、正丁醇2份、乙酸乙酯5份、乙酸丁酯10份。

其制备方法，包括以下步骤：

1)向氟改性树脂23-19中加入分散剂、超双疏改性碳纳米管，高速分散20-30min使其混合均匀；

2)加入多孔粉石英，高速分散20-30min使其混合均匀；

3)加入消泡剂、流平剂、溶剂，高速分散10-20min使其混合均匀，即可获得所述风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料。

其中，超双疏改性碳纳米管的制备方法为(以重量份计)：将1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷5份、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷3份、三氟丙基甲基环三硅氧烷7份和双壁碳纳米管45份加入乙醇40份中，在60℃环境中分散24h后自然冷却。

本发明实施例1-3中提供的样品性能测试如下表所示：

由上表可知，本发明提供的风机叶片用吸能超双疏防覆冰涂料形成的涂层具有超疏水超疏油功能，且和风机叶片的附着力极佳，涂层对冰层的附着力较小，有抑制或延缓冰晶在材料表面形成的功能，当表面覆冰的涂层接受阳光照射时，即使在较低温度(零下摄氏度)，冰层会迅速融化并剥离涂层表面。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。