CWPC2025第十一届中国国际风电复合材料创新发展论坛暨展览会：蒙烯玻纤在风电叶片防除冰应用的探索

蒙烯玻纤在风电叶片防除冰应用的探索第电材料苏宏宇HongyuSu目录01、公司及团队介绍02、叶片结冰机理03、主要防/除冰方案比较04、石墨烯方案介绍●北京大学石墨烯产业技术研究院北京大学石墨烯产业技术研究院三位一体，协同创新于2017年12月26日注册成立。2020年12月26日，在研究院取得成果的基础上全力推进市场化进程，以高品质石墨烯材料生产和相关装备制造为核心业务，致力于打造全球石墨烯领军企业，向客户提供最 佳材料解决方案。三位一体协同创新一对一孵化利益共同体完全一致的追求目标是北京市政府最早批准建设的新型研发机构之一，由北京大学牵头建设，2018年10月25日正式揭牌运营，目标是打造引领世界的石墨烯新材料研发高三位一体协同创新一对一孵化利益共同体完全一致的追求目标核心技术研发。北京石墨烯研究院北京石墨烯研究院有限公司全球最大规模的石墨烯研发和产业化团队405人405研究院：405研究院：309人232115292●基础研究团队292257176●技术与工艺研发团队257176公司：公司：96人*截至2024年2月28日2018年2019年2020年2021年2022年2023年●创业人才群●专业管理团队 一体两翼，研产协同的组织架构设计北京石墨烯研究院北京石墨烯研究院有限公司北京石墨烯研究院石墨烯纤维技术研究部石墨烯纤维技术研究部新型石墨烯材料研究部标号石墨烯材料研究部院长办公室理论计算与仿真中心石墨烯器件技术研究部质量检测中心理论计算与仿真中心石墨烯器件技术研究部质量检测中心中试示范中心未来实验室综合管理部财务部战略投资部市场营销部材料制造部孵烯检测认证公司孵烯纤维事业部孵烯装备事业部知识产权部人力资源部知识产权部人力资源部财务部综合管理部科技发展部产业推进服务支撑技术研发中试孵化产业推进联合实验室与协同创新中心BGI联合实验室与协同创新中心BGI-中国航空制造技术研究院联合创新实验室BGI-中蓝晨光化工研究设计院先进材料联合实验室BGI-中国航发北京航空材料研究院先进材料联合实验室BGI-京东方联合创新实验室BGI-北京空间机电研究所导热技术联合实验室BGI-中国航天科工集团四院四部烯碳复合材料联合实验室BGI-中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司联合创新实验室研发代工中心BGI-神州轮胎研发代工中心BGI-利特纳米研发代工中心国家自然基金委石墨烯制备科学基础科学中心国家石墨烯材料产业计量测试中心国家市场监管技术创新中心（石墨烯计量与标准技术）京津冀国家技术创新中心石墨烯产业技术研究院北京大学石墨烯产业技术研究院BGI-苏州大学产学研协同创新中心BGI-中科院苏州纳米所先进碳材料产学研协同创新中心 BGI-中国石油大学（北京）产学研协同创新中心 BGI-长春工业大学产学研协同创新中心BGI-中北大学产学研协同创新中心研究院管理团队刘忠范中国科学院院士、九三学社中央副主席孟艳芳党总支书记、院长办公室主任中国科学院院士、北京大学副校长崔晶磊行政副院长彭海琳北京大学化学与分子工程学院院长李尔东 从基础研究出发，突破石墨烯材料制备领域的理论瓶颈、技术瓶颈、工艺瓶颈和装备瓶颈，为未来石墨烯产业的全球竞争奠定坚实的材料基础。向全球企业提供定制向全球市场提供最具向全球市场提供最好的石墨烯制备、转移和检向全球企业提供定制向全球市场提供最具 市场引领，持续培育枝繁叶茂的孵烯产业树创新机制助力成果转化不断开花结果打造千亿级石墨烯产业树 蒙烯玻纤：首款超级蒙烯材料高温沉积工艺高温沉积工艺多样化的支撑载体蒙烯材料产品系列超级蒙烯材料蒙烯石英纤维系列解决了支撑载体问题多样化的支撑载体蒙烯材料产品系列超级蒙烯材料蒙烯石英纤维系列纤维蒙烯氧化铝系列蒙烯碳化硅纤维系列金属非金属 蒙烯玻纤：首款超级蒙烯材料集三大特性于一身集三大特性于一身广泛应用于风电除冰、航空航天热管理、电磁屏蔽、特种加热等场景。 蒙烯玻纤：JG和民用领域先后实现应用突破石墨烯在WQ装备中的首个实际应用！石墨烯在WQ装备中的首个实际应用！JG特定领域加热应用1122023年3月14日风电叶片除冰全球首台蒙烯玻纤除冰叶片样机吊装成功！232023年12月轨道交通座椅加热全球首列石墨烯玻纤座椅地铁装车成功！ 蒙烯玻纤：JG和民用领域先后实现应用突破蒙烯玻纤成功入选“航空工业十大科技进展” 风电叶片除冰测试验证进展顺利●蒙烯玻纤1号样机实地场景●蒙烯玻纤风电叶片工作状态●蒙烯玻纤1号样机实地场景●蒙烯玻纤风电叶片工作状态●蒙烯玻纤风电叶片防雷击测试现场●蒙烯玻纤风电叶片疲劳测试现场功●蒙烯玻纤风电叶片防雷击测试现场●蒙烯玻纤风电叶片疲劳测试现场 ●2023年12月26日北京房山窦店中车长客二七工●2024年1月13日全国首列蒙烯玻纤电热座椅地铁成功上线亦庄线●己Gi蒙烯玻纤：工业无人机的除防冰领域创新性突破●与西安冰果、羚控、富沃德、中航无人机等企业蒙烯热界面材料光伏导电浆料蒙烯键合线材料将根据超级蒙烯玻纤蒙烯热界面材料光伏导电浆料蒙烯键合线材料将根据超级蒙烯玻纤材料的特点开发下游热、散热、电商飞电热除冰商飞电热除冰开发结构功能一体化机翼前缘电热防除冰方案，目前处于可行性验证阶段，2023年底进入大部件立项论证阶段，预计2026年入围供应商，签订合同，实现产业化应用。工业电烤箱工业电烤箱现有的工业烤箱装备存在电热转化效率低、温度均一性差、升降温速度慢等问题。采用蒙烯玻纤热板替代置物架，取消双侧发热管，可进一步释放空间，实现高电热转化效率、均一性面状发热、快速的升温卫星温度平衡卫星温度平衡蒙烯玻纤与卫星现有器件的结构功能一体化集成设计，提升电热性能，兼顾轻质特性，规划建立联合实验室，实现BGI石墨烯材料在航天领域的应用突破。■真空生长装备CVD-管式PECVD大管径CVD卷对卷薄膜生产装备■先进转移装备晶圆自动化旋涂系统自动化二维材料定点转移系统二维材料定点转移平台二维材料定点转移系统孵烯装备：一代材料，一代装备■真空生长装备CVD-管式PECVD大管径CVD卷对卷薄膜生产装备■先进转移装备晶圆自动化旋涂系统自动化二维材料定点转移系统二维材料定点转移平台二维材料定点转移系统■开发形成三类10余套核心装备：化学气相生长装备、磁控溅射沉积装备、石墨烯转移装备√4英寸晶圆转移系统√A3尺寸石墨烯薄膜转移系统√晶圆自动旋涂系统√石墨烯薄膜自动化生产检测系统√A3尺寸超洁净石墨烯生长系统√6英寸晶圆生长系统√卷对卷石墨烯薄膜生长系统√CVD-MPCVD纤维生长设备■自主研发的第二代卷对卷蒙烯玻纤生产系统，设计产能20000㎡/年国家市场监管技术创新中心国家石墨烯材料产业计量测试中心国家级石墨烯检测平台国家市场监管技术创新中心国家石墨烯材料产业计量测试中心■参编三项国家标准√《石墨烯薄膜的性能测试方法》√《纳米技术石墨烯分体比表面积的测定氩气吸附静态容量法》√《纳米技术石墨烯粉体中金属杂质的测定电感耦合等离子体质谱法》■成立CSTM/FC00/TC04石墨烯技术委员会主要客户■检测测试服务、产品认证服务、计量服务、标准开发、检测仪器开发销售等全方位服务■CNAS+CMA 异军突起，屡获殊荣2020年10月2020年11月2023年3月2022年10月2023年7月2023年7月全国建材行业全国建材行业重大技术攻关“揭榜挂帅”2023年11月目录01、公司及团队介绍02、叶片结冰机理03、主要防/除冰方案比较04、石墨烯方案介绍电量窦社金会影·叶片结冰机理•风电机组叶片覆冰产生的基本气象条件:环境温度低于0℃、叶片表面低于5℃、空气湿度在85%以上。•覆冰类型及分类:雨凇、雾凇和混合凇三种类型。叶片表面存在较多的污渍、前缘腐蚀、叶片粗糙度过大等问题，也会导致叶片出现覆冰的问题。雨凇：密度大雾凇：密度小结冰区域叶片结冰较严重区域风机叶片结冰的影响因素湿度：>85%环境温度：海拔：叶片结冰：微地形：山顶、垭口、迎风坡微地形：山顶、垭口、迎风坡风速越大，越容易结冰叶片转速：目录01、公司及团队介绍02、叶片结冰机理03、主要防/除冰方案比较04、石墨烯方案介绍●·目前的叶片防/除冰方法电加热材料碳纤维↓★蒙烯纤维↓加热膜→←碳纳米管膜碳毡→电加热材料面临的问题防雷问题：加热材料与叶片复材成型工艺的兼容问题：减少对叶片气动外形的影响：目录01、公司及团队介绍02、叶片结冰机理03、主要防/除冰方案比较04、石墨烯方案介绍●石墨烯——二十一世纪的战略新兴材料石墨烯热导率5300Wm-1K-110倍于铜(400Wm-1K-1)优于金刚石柔性可弯折最轻的载流子（静止质量为零）最高的室温可承载电流(百万倍于铜)200倍于钢(130GPa)杨氏模量1TPa比金刚石还硬单原子层厚度仅0.34nm比表面积2630m2g-1包括《中国制造2025重点领域技术路线图》、《重点新材料首批次应用示范指导目录（2018年版）》等技术路径石墨烯玻璃纤维载体高电导率石墨烯玻璃纤维载体高电导率高热导率高强度柔性化学稳定绝缘柔性高强度低介电损耗化学稳定石墨烯玻璃纤维石墨烯玻璃纤维织物STEP02STEP03STEP01石墨烯玻璃纤维——一种新型电热材料，由石墨烯与玻璃纤维复合得到在热管理领域展现出了巨大的应用前景石墨烯玻璃纤维——一种新型电热材料，由石墨烯与玻璃纤维复合得到在热管理领域展现出了巨大的应用前景升温速度快石墨烯玻纤材料特性新一代特种复合材料单片石墨烯玻纤织物厚度小于0.2mm，柔可以通过工艺精准调控石墨烯层厚度赋予了玻璃纤维导电性能性可弯折，曲率半径5mm，弯折次数可达进而实现电磁波的透过或反射可控1-18GHz频段下屏蔽性能可达107dB可实现方阻50-5000Ω/□自由调控最高耐受温度可达1200℃最高耐受温度可达1200℃石墨烯玻纤升温速度极快4秒可达饱和温度改善玻璃纤维导热性，通电后可以远红外辐射方式发热，石墨烯可大幅度提升电热红外辐射性能部分石墨烯玻璃纤维材料性能数据1复材件实测为93.6%部分石墨烯玻璃纤维材料性能数据2石墨烯CVD生长工艺石墨烯玻纤电镜照片其它材料及工艺电镜照片电阻均匀性及稳定性//2022年1月17日2022年3月17日2022年5月17日2022年9月27交付产品变异系数（标准偏差/平均值）统计图变异系数/%变异系数/%8765432102021.10.182.142.283.143.294.124.215.165.246.217.197.288.168.309.139.27加热更均匀铜网电极铜网电极碳纤维编织线碳纤维铜网电极胶连复合碳纤维样品红外图蒙烯玻纤样品红外图蒙烯玻纤与叶片复材成型工艺兼容同：材料同源，玻璃纤维+风电用环氧树脂透：孔隙率与增强纤维织物相当，树脂渗透率高易：手糊工艺简单，不易产生气泡并容易去除省：克重轻，节省树脂，减少增重减少对叶片气动外形的影响薄：厚度仅为0.08mm~0.15mm柔：可完美贴合叶片表面，可前缘包覆贴：可根据需求现场裁切，更贴合电压附着测试：叶尖12米段（距叶尖3.5米）度33333333方案设计：减少损伤范围概括：1）加热单元采用多单元并联布置；2）概括：1）加热单元采用多单元并联布置