疏冰防冰涂料與疏水憎水涂料在風(fēng)機防冰應(yīng)用

WaterOff

2022-08-10 09:51:12

我國地大物博風(fēng)場資源豐富，風(fēng)能開發(fā)潛力巨大，但隨著風(fēng)能資源不斷的成熟與開發(fā)，風(fēng)場的位置正在逐漸向著風(fēng)能更為豐富的北方和沿海地帶，由于以上地帶可能具有冰雪及潮濕的環(huán)境，當(dāng)風(fēng)機葉片在低溫條件下運行，如溫度低于零攝氏度，尤其遇到冰雪、雨水、過冷卻水滴時就會使風(fēng)機葉片產(chǎn)生凍冰現(xiàn)象。輕則影響葉片的氣動性對風(fēng)機產(chǎn)生風(fēng)能的效果造成嚴重影響，重則葉片覆冰后對電機組、現(xiàn)場機組人員等都存在巨大的安全隱患。

為此人們針對以上的情況對于風(fēng)機葉片防覆冰主要采用主動和被動防冰2種方式，主動除冰多為電熱除冰不是本次討論的要點；重點介紹下更為方便快捷的防覆冰涂料方案，理想情況下，防冰材料應(yīng)該是堅固、耐用、易操作、高效的，在各種結(jié)冰條件下都可以穩(wěn)定的工作，減少風(fēng)電運維成本。本文通過分析比較國內(nèi)使用較早的疏水涂料與后者更為堅固耐用的防冰涂料的區(qū)別及優(yōu)缺點分析。

傳統(tǒng)疏水憎水涂料“荷葉”效應(yīng)示意圖

咱們先說下傳統(tǒng)的疏水憎水涂料

疏水性是根據(jù)液體在葉片表面的浸潤性，浸潤程度以接觸角0表示，接觸角小反而水滴與表面接觸面積增大，則不疏水，反之接觸角越大，說明水滴與表面接觸面積小，則疏水，通常水的接觸角大于90度時，則認為涂層具有一定的疏水能力。

再來說下疏冰防冰涂料

防冰涂料從理論上講，疏冰表面可以減少冰在基材上的粘附力，防止冰在表面上積累。防冰涂料2003年由國際防結(jié)冰材料實驗室(AMIL)率先提出粘附力減少因子(ARF)，目前(CAT)離心冰粘附試驗普遍受到全球防冰材料機構(gòu)的認可，所以CAT成為了一種較為認可的測量防冰涂料評價試驗與粘附力）降低系數(shù)測試，通過計算ARF可以得出更可靠精準的冰粘附值數(shù)據(jù)。

ARF>1，具有疏冰性，降低冰粘附性，值越高，疏冰性越強

ARF<1，具有親冰性，增加冰的粘附性

粘附力減少因子(ARF)

接下來對比一下疏水與疏冰的不同：

疏水性材料一般用水接觸角來定義疏水性的效果，而超疏水涂料是一種具有特殊表面性質(zhì)的新型涂料，是指固體涂膜的水接觸角大于150°并且常指水接觸角滯后小于5°，具有防水、防霧、防雪、防污染、防腐蝕等重要特點。

水接觸角來定義疏水性的效果

近年來，人們對荷葉超疏水性能的深入研究，發(fā)現(xiàn)荷葉表面的微米乳突上還分布著納米分支結(jié)構(gòu)，該種雙微觀結(jié)構(gòu)使得荷葉表面獲得了極高的接觸角，限制了液滴在其表面的鋪展，其圍觀結(jié)構(gòu)表面是粗糙的，使得液滴呈球狀且能以較小的傾角滾落。稱其“荷葉效應(yīng)”是一種簡單的制備超疏水涂層的方法，但是此類超疏水產(chǎn)品并無很大的實用價值。而市場上流通的所謂有“荷葉效應(yīng)”的涂料并不具有超疏水性質(zhì)，僅具有一定的疏水特性，且接觸角都在120°以下，并且由于添加了一些蠟、含氟添加劑等，對于風(fēng)機所處的環(huán)境，在戶外惡劣的環(huán)境下實際使用壽命僅為1-2年左右。

ARF函數(shù)計算公式

當(dāng)ARF達到100，冰的附著力降低了99%

防冰涂料表面是非常光滑的，能減少冰在表面基材的粘附力，且隨著冰厚度的增加，可以達到自行脫落的效果。依據(jù)函數(shù)公式看出，粘附力與冰的密度成正比，與冰的寬度成反比，得出的曲線圖是自行脫落是ARF與冰厚度之間的關(guān)系。可以推論出具有較高的ARF涂層在較低的厚度下可以自行脫落，例如：ARF值為100，此時冰的粘附力降低99%，冰增加厚度不會超過83mm，因為達到這個厚度是，冰會自行脫落。

疏水涂料因微觀結(jié)構(gòu)間隙中會產(chǎn)生冷凝而喪失一定的疏水性，隨時時間的推移防冰效果逐漸減弱，這也是為什么疏水涂料可持續(xù)工作的時間較短，因此人們已經(jīng)開始重點研究ARF防冰涂料，更為光滑的表面，堅固且耐用有利于加速覆冰脫落的時間乃至減少冰在基材表面的堆積和增長，這種穩(wěn)定的工作性能非常適合風(fēng)電業(yè)主及風(fēng)機運維單位，減少整體的維護成本，提高風(fēng)機使用率實現(xiàn)少停機和無停機，目前在歐美已被大范圍的認可及使用。

（來源：航空新材料）