CN113787743A - 一种用于风电叶片防抗覆冰改性ptfe膜及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，包括以下步骤：S1、将PTFE薄膜表面施以第一频率的射频波，射频波生成低温等离子体并对PTFE薄膜表面低温等离子体微纳米刻蚀；S2、将刻蚀PTFE膜的一面覆一层保护膜；S3、将PTFE薄膜未覆保护膜的一面施以第二频率的射频波，射频波产生的低温等离子体与薄膜表面发生化学反应、接枝及聚合反应，在膜表面形成活性基团；S4、在S3中未覆保护膜的一面涂敷高韧性冷粘胶；S5、在S4中的冷粘胶面覆隔离膜。本发明在PTFE膜的一面形成凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，使其更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力等功能特性；在PTFE膜的另一面形成活性基团，使其具有可粘性。
Description
技术领域
本发明涉及复合膜技术领域，尤其涉及一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜及其制备方法和使用方法。
背景技术
风电是资源潜力巨大、技术基本成熟的清洁能源，已成为我国推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，是落实生态优先、绿色发展的重要举措和我国深入推进能源生产和消费革命、促进大气污染防治的重要手段。
安装在高海拔、山区和低温、冰冻等特殊环境地区的风电机组，由于受冬季气候影响，叶片表面都不同程度发生覆冰现象，风电叶片覆冰可能会带来以下问题：覆冰会造成冬季风机停机事件频发，损失大量发电量及其电费收益；覆冰会引起叶片气动性能发生变化，导致风机功率损失；覆冰冰载会影响机组载荷，覆冰载荷分布不均造成机组功率下降；覆冰会破坏叶片翼型流线，不平衡冰载必然导致叶片耐疲劳性降低；覆冰截面厚度差异会改变叶片原有翼型，影响机组寿命；覆冰会增加叶片表面粗糙度，严重影响叶片翼型气动性能；严重覆冰能造成叶片断裂，构成分担机组的安全运行风险；覆冰状态下机组继续运行会导致机组脱网，影响电网安全；覆冰会给风电机组周边人民生命财产带来安全隐患。因此，叶片冬季覆冰一直以来是困扰风电高效利用，制约可持续发展和安全有效运行的技术瓶颈。解决叶片覆冰问题是风电行业世界范围内的重要课题，通过科技创新有效解决叶片覆冰，是实现风电质量效益双提升的根本所在。
现有技术中风力发电机叶片防覆冰技术技术有：液体防除冰法、涂层防除冰法、热气除冰法、电热除冰法。但是液体防除冰法、涂层防除冰法、热气除冰法、电热除冰法分别存在防抗覆冰不彻底、寿命短、故障率高和维修难度大、费用高的缺点。
目前国内外还提供了一种具有低表面固体张力和高润滑性能性能的PTFE膜，常规的PTFE薄膜薄膜均比较光滑，光滑的表面不易形成超疏水，且该膜抵抗冰晶在风机叶片表面的粘附并形成覆冰，这种现象尤以叶片前缘部位最为严重，进而达不到彻底防除风机叶片表面结冰的理想效果和目的。因此，本发明基于现有技术中的PTFE膜进行改性处理，以解决上述问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜及其制备方法和使用方法。
为达到上述目的，本发明提供的第一种技术方案为：一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将PTFE薄膜表面施以第一频率的射频波，第一频率中射频波生成低温等离子体并对PTFE薄膜表面进行表面刻蚀，通过对PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，微米结构的乳突上存在着纳米结构，使改性PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力功能特性；
S2、在S1中的刻蚀PTFE膜的一面覆一层保护膜；
S3、将S2中PTFE薄膜未覆保护膜的一面施以第二频率的射频波，第二频率的射频波产生的低温等离子体与薄膜表面发生化学反应、接枝及聚合反应，在膜表面形成活性基团；
S4、在S3中未覆保护膜的一面涂敷高韧性冷粘胶；
S5、在S4中的冷粘胶面覆隔离膜。
本发明一个较佳实施例中，所述低温等离子体处理装置为管状电极放电结构，实现表面的均匀刻蚀。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，所述第一频率的射频波在气体为CF4和O2中工作，在所述S3中，所述第二频率的射频波在气体为Ar、O2、NH3或Ar、AAC的混合介质中工作。
本发明一个较佳实施例中，所述第一频率大于所述第二频率。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1和S3中，对所述PTFE薄膜间歇式批量化卷对卷处理，处理门幅为1200～1500mm，处理速度为0～15m/min。
基于上述任意制备的改性PTFE膜，其特征在于：所述改性PTFE膜的表面至少包括：微米凹凸体，以及分布在所述微米凹凸表面的纳米凹凸体。
本发明一个较佳实施例中，所述微米凹凸体和所述纳米凹凸体形成的微纳米结构的平均大小为20～50μm，高度为8～10μm，相邻间距为30～40μm。
基于上述任意制备的改性PTFE膜，其特征在于：所述改性PTFE膜的表面至少存在羟基、羧基或氨基的活性基团。
一种基于上述制备的改性PTFE膜的使用方法，其特征在于：若直径大于1～2mm的水珠落在改性PTFE膜时，水珠不会浸润在膜表面，水珠只与部分凸点接触，水珠能在膜表面自由滚动，并在滚动中吸附灰尘物质，再通过水珠间相互吸附形成大水珠而滚离膜表面，达到膜表面自洁效果；
若水珠在低温情况下生成冰晶或结冰，冰晶或冰体质量逐渐增加，且冰晶或冰体质量逐渐大于改性PTFE膜表面超微结构形貌质量，同时冰晶或冰体与改性PTFE膜表面接触点逐渐减少，改性PTFE膜的粘附力无法承受冰晶或冰体重量，冰晶或冰体自动脱落。
本发明中上述提供的改性PTFE膜的制备方法制备的改性PTFE膜适用于与风电叶片防粘附。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明对现有技术中的PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，经刻蚀的表面形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，类似于天然荷叶的表面结构，微米结构的乳突上还存在着纳米结构，这种阶层结构是引起表面超疏水的根本原因，使改性后的PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力等功能特性。
(2)本发明第一频率大于第二频率，第一频率用于刻蚀PTFE薄膜表面以及微米级的凹凸几何状超微结构；第二频率生成的低温等离子体作用于PTFE薄膜表面形成活性基团，利于后续的冷粘胶涂敷。
(3)本发明改性PTFE膜具有自清洁功能，叶片表面不再有灰尘、昆虫的粘附污垢，无需进行叶片清洗，可省去大量清洗费用，对风电具有较高经济效应。
(4)本发明适用于风电叶片防抗覆冰，改性PTFE膜对风电叶片进行保护，有助于提高发电效率，延长叶片服役周期，降低退役报废率，使风电产业更加绿色，对风电的可持续发展和保护环境，具有良好的生态环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法的流程图；
图2是本发明的优选实施例的改性PTFE膜的形貌图；
图3是本发明的优选实施例的天然荷叶的表面结构形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，示出了本发明提供了一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、将PTFE薄膜表面施以第一频率的射频波，第一频率中射频波生成低温等离子体并对PTFE薄膜表面进行表面刻蚀，通过对PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，微米结构的乳突上存在着纳米结构，使改性PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力功能特性；
S2、在S1中的刻蚀PTFE膜的一面覆一层保护膜；
S3、将S2中PTFE薄膜未覆保护膜的一面施以第二频率的射频波，第二频率的射频波产生的低温等离子体与薄膜表面发生化学反应、接枝及聚合反应，在膜表面形成活性基团；
S4、在S3中未覆保护膜的一面涂敷高韧性冷粘胶；
S5、在S4中的冷粘胶面覆隔离膜。
本发明中S1在低温等离子体处理装置中制备，低温等离子体处理装置为管状电极放电结构，实现表面的均匀刻蚀。低温等离子体处理装置的工作气体为CF4和O2。本发明中S3在低温等离子体体表面活化器中制备，将Ar、O2、NH3或Ar、AAC的混合介质通过保温管道和流量控制器定量输送至低温等离子体表面活化器中，实现均匀活化改性。低温等离子体处理装置和低温等离子体表面活化器对PTFE薄膜间歇式批量化卷对卷处理，处理门幅为1200～1500mm，处理速度为0～15m/min。
本发明中第一频率大于第二频率，第一频率用于刻蚀PTFE薄膜表面以及微米级的凹凸几何状超微结构；第二频率生成的低温等离子体作用于PTFE薄膜表面形成活性基团，利于后续的冷粘胶涂敷。
如图2所示，示出了本发明制备的改性PTFE膜的形貌图。改性PTFE膜的表面至少包括：微米凹凸体，以及分布在微米凹凸表面的纳米凹凸体。微米凹凸体和纳米凹凸体形成的微纳米结构的平均大小为20～50μm，高度为8～10μm，相邻间距为30～40μm。改性PTFE膜的表面至少存在羟基、羧基或氨基等活性基团，在PTFE膜的另一面形成活性基团，使其具有可粘性。
因此，本发明为了达到更好的抗覆冰效果，对原PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，经刻蚀的表面形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，类似于天然荷叶的表面结构(如图3所示)，微米结构的乳突上还存在着纳米结构，其表面不粘附性就更强，这种阶层结构是引起表面超疏水的根本原因，使改性后的PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力等功能特性。改性PTFE膜具有自清洁功能，叶片表面不再有灰尘、昆虫的粘附污垢，无需进行叶片清洗，可省去大量清洗费用，对风电具有较高经济效应。
以下显示为本发明中改性PTFE膜的主要技术指标。
因此，本发明为了达到更好的抗覆冰效果，对原PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，经刻蚀的表面形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，类似于天然荷叶的表面结构(如图3所示)，微米结构的乳突上还存在着纳米结构，其表面不粘附性就更强，这种阶层结构是引起表面超疏水的根本原因，使改性后的PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力等功能特性。改性PTFE膜具有自清洁功能，叶片表面不再有灰尘、昆虫的粘附污垢，无需进行叶片清洗，可省去大量清洗费用，对风电具有较高经济效应。
本发明为了达到PTFE能够粘接效果，对原PTFE薄膜表面进行低温等离子体活化，在其表面生成能够与冷粘胶化学键合的活性基团，在涂以专用的冷粘胶，形成可以与风电叶片牢固粘接的防覆冰膜。
PTFE基防抗覆冰功能复合膜的制造过程采用的是低温等离子体表面改性技术，整个生产流程不产生任何“三废”及对环境有影响的因素。PTFE基防抗覆冰功能复合膜工程应用中不污染叶片，不损害环境，不消耗电能，叶片通过PTFE基防抗覆冰功能复合膜的保护，有助于提高发电效率，延长叶片服役周期，降低退役报废率，使风电产业更加绿色，对风电的可持续发展和保护环境，具有良好的生态环境效益。
本发明制备的改性PTFE膜的使用方法包括：若直径大于1～2mm的水珠落在改性PTFE膜时，水珠不会浸润在膜表面，水珠只与部分凸点接触，水珠能在膜表面自由滚动，并在滚动中吸附灰尘物质，再通过水珠间相互吸附形成大水珠而滚离膜表面，达到膜表面自洁效果；
若水珠在低温情况下生成冰晶或结冰，冰晶或冰体质量逐渐增加，且冰晶或冰体质量逐渐大于改性PTFE膜表面超微结构形貌质量，同时冰晶或冰体与改性PTFE膜表面接触点逐渐减少，改性PTFE膜的粘附力无法承受冰晶或冰体重量，冰晶或冰体自动脱落。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将PTFE薄膜表面施以第一频率的射频波，第一频率中射频波生成低温等离子体并对PTFE薄膜表面进行表面刻蚀，通过对PTFE薄膜表面进行低温等离子体微纳米刻蚀，形成微形凹凸不平并聚集在一起的纳米级和微米级超微结构表面形貌，微米结构的乳突上存在着纳米结构，使改性PTFE薄膜表面更具不粘附，高抗污，抗吸湿，自清洁，超低表面张力功能特性；
S2、在S1中的刻蚀PTFE膜的一面覆一层保护膜；
S3、将S2中PTFE薄膜未覆保护膜的一面施以第二频率的射频波，第二频率的射频波产生的低温等离子体与薄膜表面发生化学反应、接枝及聚合反应，在膜表面形成活性基团；
S4、在S3中未覆保护膜的一面涂敷高韧性冷粘胶；
S5、在S4中的冷粘胶面覆隔离膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于：所述低温等离子体处理装置为管状电极放电结构，实现表面的均匀刻蚀。
3.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于：在所述S1中，所述第一频率的射频波在气体为CF4和O2中工作，在所述S3中，所述第二频率的射频波在气体为Ar、O2、NH3或Ar、AAC的混合介质中工作。
4.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于：所述第一频率大于所述第二频率。
5.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片防抗覆冰改性PTFE膜的制备方法，其特征在于：在所述S1和S3中，对所述PTFE薄膜间歇式批量化卷对卷处理，处理门幅为1200～1500mm，处理速度为0～15m/min。
6.基于权利要求1-5任意一项制备的改性PTFE膜，其特征在于：所述改性PTFE膜的表面至少包括：微米凹凸体，以及分布在所述微米凹凸表面的纳米凹凸体。
7.根据权利要求6所述的改性PTFE膜，其特征在于：所述微米凹凸体和所述纳米凹凸体形成的微纳米结构的平均大小为20～50μm，高度为8～10μm，相邻间距为30～40μm。
8.基于权利要求6任意一项制备的改性PTFE膜，其特征在于：所述改性PTFE膜的表面至少存在羟基、羧基或氨基的活性基团。
9.一种基于权利要求1-5任意一项制备的改性PTFE膜的使用方法，其特征在于：
若直径大于1～2mm的水珠落在改性PTFE膜时，水珠不会浸润在膜表面，水珠只与部分凸点接触，水珠能在膜表面自由滚动，并在滚动中吸附灰尘物质，再通过水珠间相互吸附形成大水珠而滚离膜表面，达到膜表面自洁效果；
若水珠在低温情况下生成冰晶或结冰，冰晶或冰体质量逐渐增加，且冰晶或冰体质量逐渐大于改性PTFE膜表面超微结构形貌质量，同时冰晶或冰体与改性PTFE膜表面接触点逐渐减少，改性PTFE膜的粘附力无法承受冰晶或冰体重量，冰晶或冰体自动脱落。
10.一种基于权利要求1-5任意一项制备的改性PTFE膜适用于与风电叶片防粘附。
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| CN202110953420.1A CN113787743A (zh) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | 一种用于风电叶片防抗覆冰改性ptfe膜及其制备方法和使用方法 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114987020A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-09-02 | 昆山东利新材料科技有限公司 | 一种环保再生羽绒服面料及其生产工艺 |
| CN115042460A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-09-13 | 上海翊科聚合物科技有限公司 | 一种ptfe管的连续蚀刻方法 |
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2021
- 2021-08-19 CN CN202110953420.1A patent/CN113787743A/zh active Pending
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