PDVF涂覆技术在风叶片上的应用解析.ppt

聚偏二氟乙烯 PVDF 包覆技术在叶轮机叶片上的应用 报告人 吴志远 引言及研究现状 随着工业化进程的加快 各种能源的应用也成了重之又重的问题 而由于能源危机的发生 一种新型的 可持续的 无污染的环境友好型能源 风能得到了广泛的关注 在风轮机叶片的运行中 在低温极端天气中 叶片不可避免的会被冰层覆盖 而这影响了叶片的安全运行和运行效率 所以叶片除冰技术是非常必要的 如今的研究方向主要有 1 积极除冰法 加热法 电子除冰法 化学除冰法 2 消极除冰法 涂层包覆法 这篇文章研究的就属于这种方法 引言及研究现状 实验目的这种方法是由于在低温下 叶片表面原来的气态表面被液态所替代 所以这种润湿的表面在低温下形成冰层 对叶片造成影响 而我们实验的目的是在叶片表面形成超疏水结构 该结构的优点是 结构表面的液滴由于表面材质的超疏水性 使得它的接触角变大 倾斜角减小 导致液滴容易从固体表面滑落 这就显示了该材料优良的防水性能 如今存在的几种包覆法 1 溶胶凝胶法 2 等离子体氟化法 3 静电法例如 在环氧树脂的基底上沉积二氧化硅纳米颗粒 KarmouchandRoss 文献及研究方法 研究方法 我们在本文中采用的方法是在在玻璃纤维的环氧树脂基底上包覆PVDF 聚偏二氟乙烯 该方法与其他方法对比的优点 1 更简单易行 2 更易在大型物件表面覆盖 3 不需要昂贵和复杂的设备仪器 4 能体现很好的防冰性能 实验方法 1 实验材料 普通压制成型玻璃纤维风叶轮叶片 商业等级的聚偏二氟乙烯 丙二酚环氧树脂 分析用NH4HCO3粉末 实验方法 2 风叶轮表面超疏水涂层的制备 将10gPVDF溶于100ML的二甲基甲酰胺 将2gNH4HCO3粉末溶于上面配置好的溶液 搅拌30分钟 将搅拌好的溶液均匀涂覆于叶片表面 将涂覆好的叶片放置于保温箱 在80 的条件下保温48小时 实验方法 3 状态描述我们采用三个参数来描述涂覆的性能 接触角采用的仪器为德国德菲的接触角测量仪 测量方法是在样品表面滴上5 L配置好液滴 利用接触角测量仪观察 滑动角采用的仪器为微线规 测量方法是将样品台从0 开始缓慢倾斜至更高的角度 观察到哪个角度 液滴从样品表面滑落 样品表面的形态利用SEM观察样品表面 实验方法 4 防冰性能测试 将制备好的样品置于 10 的操作箱内 同时样品台离箱底部约30CM 为了模拟在室外的低温环境 我们在操作前将样品在 10 的操作箱内放置30分钟 用0 的水 通过孔径1MM的洒水器喷在样品表面 注意喷口离样品约20CM 为了测量样品结冰量的多少 我们用电子天平 每隔1分钟测试一次 实验结果及分析 1 涂覆前的测试 在进行涂覆前 测得表面接触角为80 2 如图1 涂覆前样品表面的亲水性利用傅里叶红外光谱测试得 由图2可知 样品表面涂覆前为亲水性 经过测量涂覆前的滑动角为13 图1涂覆前表面接触角 图2涂覆前的样品表面红外光谱图 实验结果及分析 1 涂覆前的测试 涂覆前的样品表面SEM图如图3所示 如图可知 涂覆前的样品表面比较光滑 图3涂覆前的样品表面SEM图 实验结果及分析 2 仅涂覆PVDF测试 将10gPVDF溶于100ML溶液中 将溶液搅拌30分钟后涂覆于样品表面 经过80 48小时的保温 测试接触角 如图4 图4仅涂覆PVDF样品表面接触角 实验结果及分析 3 涂覆加入NH4HCO3 PVDF后的数据测试 将10gPVDF溶于100ML溶液中 再加入2gNH4HCO3粉末 将溶液搅拌30分钟后涂覆于样品表面 经过80 48小时的保温 测试接触角 如图5 图5涂覆加入NH4HCO3PVDF后的接触角 实验结果及分析 在涂覆后的样品表面的接触角从80到156 经测试和查阅文献 得知样品表面化学组成已经变化 生成的CF2基团表面张力很低 它能降低表面能和调整润湿度如图6 我们再利用SEM观察样品表面 如图7 可知样品表面形成1 5 m的孔洞 理论上 空气会被这些孔洞捕获 利用Cassie Baxter模型 我们可以认为是CF2基团和这些多孔的结构共同导致接触角的增大 图6涂覆加入NH4HCO3后PVDF的红外光谱 图7涂覆加入NH4HCO3后PVDF的样品表面SEM 实验结果及分析 4 涂覆后滑动角的测试与分析 经过测试 得滑动角约为2 这与自然界中莲花叶片的滑动角差不多 这种表面结构能将空气固定于多孔结构中 这就能使液滴能很快地从样品表面滑落 经过测试和文献查阅 我们可知 后加入的NH4HCO3经过80 的温度分解成NH3 H2O和CO2 这就导致了多孔形态的形成 实验结果及分析 5 涂覆前后结冰量的测试 将制备好的样品1 未涂覆 样品2 涂覆加入NH4HCO3的PVDF 置于 10 的操作箱内 同时样品台离箱底部约30CM 为了模拟在室外的低温环境 我们在操作前将样品在 10 的操作箱内放置30分钟 用0 的水 通过孔径1MM的洒水器喷在样品表面 注意喷口离样品约20CM 每隔2分钟喷水一次 总时间为50分钟 为了测量样品结冰量的多少 我们用电子天平 每隔1分钟测试一次 实验结果及分析 结冰量的测试 测得的样品重量如图8 图8涂覆前后结冰量的比较 实验结果及分析 得到的结论 通过我们的实验 经过加入NH4HCO3的PVDF涂层材料能得知 1 大大增加接触角 80 156 2 适当加大材料的滑动角 1