一种风力发电机叶片超疏水功能表面的一步制备方法技术

本发明专利技术提供一种风电叶片超疏水功能表面的制备方法，利用激光直接在风电叶片表面涂层上进行结构化加工而无需其他额外的处理步骤就可使风电叶片表面达到超疏水效果，实现风电叶片超疏水功能表面的一步制备。本发明专利技术的制备方法简单，可以实现风电叶片超疏水表面的大面积、原位制备，加工后的叶片具有良好的自清洁和防冰效果，可显著改善风电叶片的防沙和防冰能力，对于提升风电叶片的使用寿命和工作效率具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机叶片超疏水功能表面的一步制备方法


[0001]本专利技术涉及一种风电叶片，特别涉及一种超疏水自清洁表面及其制备方法，属于风电设备制造


技术介绍

[0002]风力发电机通常建立在寒冷地区，因为该地区空气密度大、风能资源较为丰富，由于风力发电机的工作环境恶劣，通常需要面对风沙侵蚀及低温结冰等情况。在寒冷的冬季叶片表面覆冰的重量会使叶片外形发生变形，破坏叶片结构，降低机组的发电效率和使用寿命，甚至风力发电机运行中甩落的冰块也会对附近居民的财产和生命安全造成威胁。除此之外，风沙环境下气体和固体颗对风电叶片的碰撞磨损也会缩短其使用寿命。因此对风力发电机叶片的防沙和防冰性能提出了很高的要求。
[0003]目前，风力发电机叶片主要采用玻璃纤维或碳纤维等增强树脂作为基材，表面涂覆有功能涂层作为保护层，可以起在一定程度上起到防冰和防风沙的作用。然而，该涂层在经年累月的风雨侵蚀下会被污染，使得防护性能下降。超疏水表面一直以来因其在自清洁、防结冰、耐腐蚀等领域的潜在应用而受到广泛关注。低粘附力的超疏水表面具有较高的接触角和较低的滚动角，此时水滴在表面的运动阻力很小，当水滴在表面滚动时，将带走表面的污染物一起脱离表面，达到类似于荷叶表面的自清洁效果。同时超疏水表面还具有一定的抗结冰能力，能延迟结冰的时间、减少结冰面积、降低冰与固体表面的结合力，在防冰应用中有重要应用价值。
[0004]目前制备超疏水表面的方法包括模板法、涂覆法和刻蚀法。其中，模板法由于压印技术和材料的限制，所形成的接触角较低；而涂覆法由于颗粒与基材的结合力较弱，形成的超疏水表面稳定性较差。与上述方法相比，激光刻蚀可获得稳定的三维微纳米复合结构，实现优异的超疏水效果。因此，本专利技术提出了一种简单的叶片超疏水功能表面的制备方法，利用激光加工在叶片表面形成丰富的微纳复合结构，获得了具有自清洁和防冰功能的风电叶片表面。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种风力发电机叶片超疏水功能表面及其制备方法，即利用激光在叶片表面制备特殊微纳米结构从而获得具有良好自清洁和防冰效果的表面，以此提发电机组工作效率与叶片使用寿命；该制备方法具有工艺简单，适用涂覆有聚氨酯基涂层的风电叶片表面。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种超疏水风电叶片表面，该叶片表面含有树脂涂层，其特征在于，所述风电叶片表面树脂涂层上分布有不同形状的微米级结构，所述微米结构的外表面覆盖有大量纳米颗粒。
[0008]上述技术方案中，所述的微米结构形状包括各种柱体、锥体，每个柱体微米结构的
直径为10
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500微米，锥体底面直径为10
‑
500微米，柱体、锥体高度为10
‑
500微米，各微米结构间距为10
‑
500微米。
[0009]以上所述的纳米结构尺寸范围为10
‑
1000纳米。
[0010]优选地，每个柱体微米结构的直径为30
‑
80微米，锥体底面直径为30
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80微米，柱体、锥体高度为30
‑
200微米，纳米颗粒的大小为30
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1000纳米。
[0011]上述技术方案中，所述风电叶片树脂涂层的主要成分为聚氨酯，风电叶片基体为玻璃纤维增强树脂或碳纤维增强树脂。
[0012]本专利技术提供的一种超疏水风电叶片表面的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
[0013]将风电叶片放置于激光加工系统中，设置激光工艺参数，对风电叶片进行加工，在叶片表面树脂涂层上烧蚀制备出柱状微米级结构，同时在微米结构的外表面生成纳米颗粒，形成微米结构加纳米结构的微纳复合结构；微米结构形状包括各种柱体、锥体，柱体微米结构的直径为30
‑
80微米，锥体底面直径为30
‑
80微米，柱体、锥体微米结构高度为30
‑
200微米，纳米颗粒的大小为30
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1000纳米。
[0014]本专利技术所述方法中，所述激光脉冲纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。
附图说明
[0015]图1a、1b是实施例1风力发电机叶片聚氨酯涂层上激光制备的超疏水功能表面微纳结构；
[0016]图2为实施例1超疏水表面的接触角测量结果。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的描述，以使本领域的普通技术人员对本专利技术更清楚地理解和实施。
[0018]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0019]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0020]本专利技术采用的激光制备方法的基本原理是采用脉冲激光，利用激光烧蚀去除原理，在风电叶片表面原位制备出微纳复合二级结构，得到具有超疏水自清洁和防冰功能的风电叶片表面。
[0021]本专利技术提供的一种风电叶片超疏水自清洁和防冰功能表面，该风电叶片基体为玻璃纤维增强树脂或碳纤维增强树脂，表面含有树脂涂层，所述风电叶片表面树脂涂层上密布有柱体或锥体微米级结构，每个微米结构的外表面覆盖有大量纳米颗粒，形成微纳二级结构。所述风电叶片树脂涂层的主要成分通常为聚氨酯类树脂，其主要组成成分包括异氰酸酯、二甲苯、醋酸丁酯、丙二醇醋酸甲酯及氟碳化合物。
[0022]微米结构形状包括各种柱体、锥体，每个柱体微米结构的直径为10
‑
500微米，锥体底面直径为10
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500微米，柱体、锥体高度为10
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500微米，各微米结构间距为10
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500微米，纳米颗粒大小为10
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1000纳米。
[0023]优选地，每个柱体微米结构的直径为30
‑
80微米，锥体底面直径为30
‑
80微米，柱体、锥体微米结构高度为30
‑
200微米，纳米颗粒的大小为30
‑
1000纳米。
[0024]本专利技术提供的一种超疏水风电叶片表面的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
[0025]将风电叶片放置于激光加工系统中，设置激光工艺参数，对风电叶片进行加工，在叶片表面树脂涂层上烧蚀制备出柱状微米级结构，同时在微米结构的外表面生成纳米颗粒，形成微米结构加纳米结构的微纳复合结构；微米结构形状包括各种柱体、锥体，柱体微米结构的直径为30
‑
80微米，锥体底面直径为30
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80微米，柱体、锥体微米结构高度为30
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200微米，纳米颗粒的大小为30
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1000纳米。所述激光脉冲纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。
[0026]实施例1：利用飞秒激光制备聚氨酯涂层风电叶片超疏水功能表面
[0027]本实施例中所加工风电叶片涂层的主要成分为聚氨酯类本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提出一种超疏水风电叶片表面的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)将风电叶片放置于激光加工系统中，设置激光工艺参数，将光斑聚焦在对风电叶片表面的树脂涂层上，在风电叶片表面树脂涂层上进行刻蚀得到超疏水表面。2.根据权利要求1所述的一种超疏水风电叶片表面的制备方法，其特征在于可利用激光在风电叶片上实现超疏水表面的一步制备。3.根据权利要求1所述的一种超疏水风电叶片表面，其特征在于所述的微米结构形状包括各种柱体、锥体，每个柱体微米结构的直径为10
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500微米，锥体底面直径为10
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500微米，柱体、锥体高度为10
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500微米，各微米结构间距为10
‑
500微...

【专利技术属性】
技术研发人员：管迎春，张宇梁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：