ES2957007A1

ES2957007A1 - Procedimiento para la activacion superficial a profundidad nanometrica de la membrana a base de ptfe

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Publication number: ES2957007A1
Application number: ES202290056A
Authority: ES
Inventors: Jianping Liu; Xin Xiang; Jianhua Wu; Yawei Zhu; Wenwei Li; Zhengfeng Shuai; Jingxin Zhao; Hong Wu; Jianping Wu; Fangliang Zhao
Original assignee: China Three Gorges Corp; China Three Gorges Renewables Group Co Ltd; Nanjing Haohui Hi Tech Co Ltd
Current assignee: China Three Gorges Corp; China Three Gorges Renewables Group Co Ltd; Nanjing Haohui Hi Tech Co Ltd
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2024-01-08
Also published as: JP7426037B2; DK181326B1; GB202208496D0; DE112020005283T5; WO2022011959A1; DK202270312A1; CA3161523A1; GB2606082B; US20230257635A1; CN112500593B; JP2023503686A; CN112500593A; GB2606082A; CA3161523C

Abstract

La presente divulgación divulga un procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE y se refiere al campo técnico de los materiales compuestos de polímeros. El procedimiento comprende las siguientes etapas: cubrir una superficie funcional de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE, realizar un tratamiento de activación superficial en una única superficie de la membrana a la que se aplica un adhesivo de unión, y migrar y complejar una cinta adhesiva de unión en frío y alta tenacidad en la superficie de la membrana, con una capa de estructura activada, de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a través de un dispositivo mecánico de aplicación de adhesivo para formar un complejo de membrana y adhesivo. Se genera una afinidad extremadamente fuerte y un rendimiento de unión de gran solidez entre la membrana y el adhesivo, y se forma el complejo de membrana y adhesivo. Se realiza la integración de la formación de complejos de unión entre la membrana y el adhesivo, la formación de complejos de unión de membrana/membrana y la unión de capa adhesiva y la membrana. Mientras tanto, mejora la resistencia de unión, la fuerza de pelado y la durabilidad de la fuerza de unión del adhesivo. Se resuelve un problema técnico de que un material de PTFE no puede unirse a ningún otro material.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA ACTIVACIÓN SUPERFICIAL A PROFUNDIDAD NANOMÉTRICA

DE LA MEMBRANA A BASE DE PTFE

CAMPO DE LA TECNOLOGÍA

La presente descripción se refiere al campo técnico de los materiales compuestos de polímeros, en particular a un procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE.

ANTECEDENTES

Los generadores de turbinas eólicas instalados en zonas montañosas y de gran altitud y en zonas de bajas temperaturas y heladas de China se ven afectados por el clima. Cada invierno las palas se congelan en distinto grado y, por lo tanto, funcionan de manera anormal. Una potencia de salida de una turbina eólica no puede alcanzar la potencia garantizada y los generadores se detienen. Se pierde una gran cantidad de carga eléctrica e incluso se producen accidentes por rotura de las palas. Las superficies de las palas están heladas y el procedimiento técnico y la eficacia para prevenir y eliminar el hielo son insuficientes, lo que provoca directamente la pérdida de un beneficio de energía eólica. Se forma un riesgo de seguridad en el funcionamiento compartido del generador y el problema de la formación de hielo en las palas de turbina eólica es un tema importante en el mundo de la industria de la energía eólica. Las instituciones de investigación científica nacionales y extranjeras y la industria de la energía eólica llevan a cabo continuamente investigaciones pertinentes sobre materiales técnicos para prevenir y eliminar el hielo de las palas de turbina eólica.

A través de una búsqueda en bases de datos extranjeras y documentos públicos en sitios web pertinentes, la patente JP2003113254 divulga un revestimiento para palas de turbina eólica. El revestimiento poroso de membrana de fluoruro de polivinilideno superhidrófobo se prepara a partir de materias primas de fluoruro de polivinilo, fluoruro de polivinilideno, hielo seco, polvo de carbón, aceite de tung, polivinil formal, polieterimida, polvo de paja, un conservante, un dispersante, un agente nivelador, etc. para conseguir un buen rendimiento antihielo. La solicitud de patente internacional WO2006058233 divulga una membrana antirreflectante autolimpiable compuesta de una doble capa homogénea de SiO2con politetrafluoroetileno para impedir la formación de hielo en las palas y un procedimiento de preparación de la membrana antirreflectante. La membrana antirreflectante se prepara combinando una capa densa de sílice, una capa porosa de nanovarillas de sílice y una nanovarilla de politetrafluoroetileno. El procedimiento de preparación comprende las siguientes etapas: depositar secuencialmente tres capas de una capa de sílice densa, una capa de sílice porosa y una membrana compuesta de nanovarillas de politetrafluoroetileno con un índice de refracción que disminuye gradualmente sobre un sustrato transparente o translúcido utilizando un procedimiento de deposición de vapor por haz de electrones. La patente US20170028361 divulga una membrana compuesta de PFSA/PTFE para impedir que las palas se congelen. Un procedimiento comprende las siguientes etapas: disolver una sustancia de perfluorosulfonato en una solución acuosa de un disolvente de alcohol orgánico de bajo punto de ebullición; añadir un disolvente orgánico de alto punto de ebullición y sol de sílice a la solución para preparar una solución de resina para formar una membrana; estirar una membrana microporosa con membrana base de politetrafluoroetileno expandido para que funcione sobre un rodillo de rodamiento de una máquina de formación de membranas, sumergir la membrana base en una solución de resina de baja concentración, secar a 40-100 °C, sumergir la membrana base seca en una solución de alta concentración, secar a 40-100 °C, sumergir repetidamente en la solución de alta concentración y secar hasta que la membrana compuesta alcance un grosor predeterminado, y poner la membrana compuesta en un horno para secar y dar forma a 120-200 °C para obtener una membrana compuesta completa. La patente EP2767330 divulga un material compuesto para impedir que las palas se congelen, que incluye una membrana porosa de PTFE. La membrana porosa de PTFE comprende una membrana intermedia de PTFE que tiene un diámetro de poro de aproximadamente 2 nanómetros a aproximadamente 20 nanómetros y está interpuesta entre una membrana porosa de fluoropolímero que tiene un diámetro de poro más grande y unida a ella. La patente CN101821500A divulga un procedimiento para descongelar una pala de una turbina eólica, la turbina eólica y un procedimiento de uso de la misma. El procedimiento se utiliza para descongelar la pala de la turbina eólica después de que la turbina eólica se haya apagado durante un período de tiempo. El hielo se desprende de la pala formando un estado acelerado en la pala y luego un estado desacelerado. Pero una gran turbina eólica tiene una amplitud relativamente pequeña de la pala, por lo que la solución es difícil de realizar.

Las investigaciones relacionadas con la prevención y la eliminación de la formación de hielo en las palas de turbina eólica por parte de las instituciones de investigación académica y científica y la industria de la energía eólica en China son continuas. El procedimiento de descongelación según se informa en la bibliografía publicada incluye descongelación mecánica, descongelación líquida, descongelación con revestimiento, descongelación por gas caliente, descongelación por microondas, descongelación con vibraciones, descongelación eléctrica, descongelación ultrasónica, etc. Yaogang, et al. en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Automatización de la Universidad de Wuhan prepara un material nanocompuesto superhidrófobo y estudia la influencia del material en la formación de hielo. Se utiliza un procedimiento que combina la agitación de alta velocidad y la dispersión ultrasónica, el nano SiO2-x tratado con un agente de acoplamiento se dispersa uniformemente en una resina de silicio orgánico fluorada con propiedades hidrófobas, y el revestimiento nanocompuesto superhidrófobo preparado se utiliza para impedir que las palas se congelen. La patente 201610675902.4 divulga un procedimiento de preparación y el uso de una membrana compuesta a base de PTFE y poliéster para impedir la formación de hielo en las palas de turbina eólica. El procedimiento incluye las etapas de llevar a cabo la formación de complejos de laminación utilizando un agente complejante, aplicar un adhesivo de interfaz y aplicar un adhesivo fotoiniciado sensible a la presión utilizando un adhesivo sensible a la presión.

El agente complejante se prepara a partir de isocianato de 3-isocianatometil-3,5,5-trimetilcidohexilo, acetato de vinilo, carbamato de etilo, ácido alfa-linolénico, peróxido de benzoilo, (4) dimetacrilato de bisfenol A etoxilado, etc. El adhesivo fotoiniciado sensible a la presión se prepara a partir de un copolímero de poli [butil acrilato-glicidil metacrilato-n-butoxi metacrilamida], acrilato de butilo, (4) dimetacrilato de bisfenol A etoxilado, 4,4'-bis(dietilamino)benzofenona, dimetilformamida, etc. Se resuelve el problema técnico de que la membrana compuesta a base de poliéster y PTFE no se puede pegar directamente a las superficies de las palas de turbina eólica con un adhesivo. Mejora la resistencia al pelado y la membrana compuesta se puede usar para impedir la formación de hielo en diversos tipos de las palas de turbina eólica. La patente 201610670830.4 divulga un procedimiento de preparación y el uso de una membrana compuesta nanomodificada a base de PTFE y poliéster para impedir la formación de hielo en las palas de turbina eólica. El procedimiento incluye las etapas de modificación de una membrana a base de PTFE, llevar a cabo la formación de complejos de laminación y la aplicación de un adhesivo fotorreticulado. Se prepara un modificador a partir de nanocristales de óxido de estaño dopado con antimonio, dióxido de nanotitanio, carburo de nanosilicio, un agente de impermeabilización de flúor orgánico y tri-(3-aziridinil)-propionato de pentaeritritol. En la formación de complejos de laminación, se prepara un agente complejante a partir de isocianato de 3-isocianatometil-3,5,5-trimetilciclohexilo, acetato de vinilo, carbamato de etilo, ácido alfa-linolénico, (2) dimetacrilato de bisfenol A etoxilado, triacrilato de trimetilolpropano y peróxido de benzoilo. El adhesivo fotorreticulado se prepara a partir de un copolímero de poli [butilacrilato-glicidilmetacrilato-n-butoxi metacrilamida], acetato de vinilo, acrilato de butilo, un derivado de acrilato, un fotoiniciador y dimetilformamida. El procedimiento resuelve el problema de que una membrana compuesta modificada a base de poliéster y PTFE no se puede pegar directamente a las superficies de las palas de turbina eólica con un adhesivo. En "Research and analysis on anti-icing of wind turbine blades" publicado en Wind Energy (2016 (09)), bajo el efecto de un proceso de prensado en caliente y formación de complejos, una nanomembrana de PTFE preparada y modificada se une y se compleja con tejido de poliéster a una alta temperatura para preparar una nanomembrana de PTFE modificada y una membrana compuesta de tejido de poliéster, y se espera que la membrana compuesta se convierta en una nueva generación de nuevos materiales y tecnologías antihielo que puedan resolver el problema mundial de la formación de hielo en las palas de turbina eólica. La patente 201610675902.4 divulga un procedimiento de preparación y el uso de una membrana compuesta a base de PTFE y poliéster para impedir la formación de hielo en las palas de turbina eólica. El procedimiento incluye las etapas de llevar a cabo la formación de complejos de laminación utilizando un agente complejante, aplicar un adhesivo de interfaz y aplicar un adhesivo fotoiniciado sensible a la presión utilizando un adhesivo sensible a la presión. La patente 201610452541.7 divulga un material de politetrafluoroetileno modificado con fibra de acero y fibra de carbono autoadhesiva para impedir que las palas se congelen y un procedimiento de preparación del mismo. Las fibras de acero y las fibras de carbono se utilizan para mejorar la resistencia a la tracción y el rendimiento de la fricción del politetrafluoroetileno. Al mismo tiempo, se utiliza un procedimiento de fusión mejorado para sinterizar materiales de relleno finos tales como SÍO2 , polvo de Al y similares sobre la superficie del politetrafluoroetileno a alta temperatura, por lo que mejora el estado de sinterización de la superficie del politetrafluoroetileno y obviamente mejora la resistencia de unión. La patente 201310018649.1 divulga un procedimiento de preparación de una cinta de membrana a base de politetrafluoroetileno (PTFE) flexible autoadhesiva para impedir que las palas se congelen. El procedimiento de preparación comprende las siguientes etapas: dispersar la resina con el PTFE, añadir una determinada cantidad de silicio orgánico y aceite disolvente, mezclar uniformemente y curar en un secador a 50 °C durante más de 12 h; prensar previamente el material en polvo curado en un producto de columna semiacabado; y poner en una máquina de extrusión para extrudir materiales de tiras redondas con un diámetro de 20-25 mm, poner en agua tibia para el aislamiento térmico, presionar en una membrana usando una gran calandra de rodillos y llevar a cabo la eliminación del aceite, el estirado transversal, el estirado longitudinal, el dimensionado y el corte y similares. Se obtiene el producto de cinta de membrana a base de PTFE con un excelente rendimiento en la industria del sellado y tiene un intervalo de densidad de 400-1.100 g/m3 y una resistencia a la tracción de 15-25 MPa. La patente 201720057571.8 divulga una membrana con aislamiento térmico que funciona con luz para impedir que las palas se congelen. La membrana con aislamiento térmico que funciona con luz consiste sucesivamente en una membrana de PET, una capa de dióxido de titanio, una membrana a base de PTFE, una capa de adhesivo termofusible, una membrana base de PET, una capa resistente al rayado y una capa resistente a los rayos infrarrojos desde el interior hacia el exterior. La patente 201610990370.3 divulga una membrana giratoria de doble capa para impedir que las palas se congelen y un procedimiento de preparación de la misma. Una capa superior de la membrana giratoria de doble capa antihielo es una membrana giratoria superhidrófoba revestida con un revestimiento de sílice y una capa inferior de la membrana giratoria de doble capa antihielo es una membrana giratoria hidrófila llena de líquido descongelante. Liu Shengxian, et al. en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Changsha define los parámetros de un estado de la formación de hielo de las palas de turbina eólica a través de un análisis experimental de simulación de las características dinámicas de las palas de turbina eólica en diferentes estados de la formación de hielo, obtiene índices de valores característicos de las palas en el estado de la formación de hielo a través del cálculo de simulación, y, por lo tanto, estudia una tecnología de diagnóstico del estado de congelación de las palas de turbina eólica basándose en la detección de vibraciones. Goldwind Technology desarrolla una solución técnica de descongelación electrotérmica. Los elementos de calentamiento, tales como las membranas electrotérmicas de fibra de carbono o los cables de resistencia, están incrustados en el revestimiento de una pala. Los elementos de calentamiento incluyen fibra de carbono, resistencias de calentamiento, mallas de calentamiento metálicas, membranas de calentamiento conductoras, etc. Los elementos de calentamiento constituyen un sistema electrotérmico de prevención y eliminación del hielo con convertidor de protección contra sobrecalentamiento, suministro de potencia, etc. Por lo tanto, el hielo de las superficies de las palas se derrite mediante un calentamiento eléctrico para conseguir los efectos de prevención y eliminación del hielo. Windey desarrolla una tecnología de descongelación por aire caliente generado al introducir calentamiento eléctrico en una cavidad de una pala. En la cavidad de la pala se dispone un conducto de ventilación de aire caliente y en un buje de una turbina eólica se dispone un dispositivo de calefacción, de manera que por el conducto de ventilación circula el aire caliente o el aire caliente calentado por otras fuentes de radiación. El calor se suministra a una superficie exterior de la pala a través de una carcasa de la pala, de modo que la pala tiene una determinada temperatura y se calienta indirectamente bajo el aire caliente para impedir que las gotas de agua subenfriadas se congelen para conseguir el propósito de impedir y eliminar el hielo.

En resumen, existen muchos procedimientos técnicos para impedir y eliminar el hielo de las palas de turbina eólica en nuestro país y en el extranjero. Sin embargo, entre todos los procedimientos prácticos, algunos se encuentran solo en investigación básica y otros se han aplicado experimentalmente, pero ninguno de ellos puede conseguir un efecto ideal de prevención y eliminación del hielo. Especialmente, el procedimiento de prevención y eliminación del hielo que utiliza cables de resistencia y aire electrotérmico tiene un efecto obvio de prevención y eliminación del hielo, y aumenta el peso de cada pala en 200 kg y el peso de las palas de todo el generador de turbina eólica en 600 kg, lo que aumenta en gran medida la carga del peso de la pala de turbina eólica y aumenta la tasa de consumo de energía de la fábrica en más del 8-10 %. Si una pala tiene un error en el calentamiento eléctrico o falla, todo el sistema de descongelación de calefacción eléctrica debe dejar de funcionar; de lo contrario, una masa de hielo diferente en la pala causa un desequilibrio del peso y un desplazamiento severo del baricentro que puede provocar fallos o accidentes. Al mismo tiempo, existen riesgos de seguridad de que la pala sea alcanzada fácilmente por un rayo.

Aunque un material de PTFE tiene una tensión superficial baja, después de que el material se prepara en una membrana a base de PTFE, la membrana aún no puede resistir la adherencia de cristales de hielo en las superficies de las palas de turbina eólica solo con un rendimiento de no adherencia gracias a la tensión superficial baja y luego no puede conseguir realmente un efecto de prevención y eliminación de la formación de hielo en la superficie de las palas de turbina eólica. Sin embargo, si no se toman medidas para modificar el PTFE, la membrana preparada a base de PTFE no puede adherirse directa y firmemente a las superficies de las palas de turbina eólica. La membrana modificada a base de PTFE tiene una ventaja en gran medida reducida de tensión superficial baja.

COMPENDIO

Con el fin de resolver los problemas técnicos, la presente divulgación divulga un procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE. El procedimiento comprende las siguientes etapas: cubrir una superficie funcional de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica, realizar un tratamiento de activación superficial en un entorno de vacío y una atmósfera media mixta de nitrógeno-hidrógeno por debajo de 40 °C a una velocidad de 1,5-3 m/min en una única superficie de la membrana a la que se aplica un adhesivo de unión y que permite que la superficie de la membrana aplicada con adhesivo genere una capa de estructura activada a profundidad nanométrica; y migrar y complejar una cinta adhesiva de unión en frío y alta tenacidad en la superficie de la membrana, con la capa de estructura activada, de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a través de un dispositivo de aplicación de adhesivo mecánico, y permitir que un grupo funcional del adhesivo y la capa de estructura activada de la membrana se unan químicamente para formar un complejo de membrana y adhesivo.

La cinta adhesiva de unión en frío y alta tenacidad se prepara con las siguientes etapas: añadir 0,2 kg de PVA-1788, 18 kg de acrilato de butilo, 0,5 kg de ácido acrílico, 1,0 kg de acetato de vinilo, 1,0 kg de metacrilato de metilo, 1,5 kg de un monómero de organosilicona, 0,01 kg de TO-7, 0,01 kg de dodecilbencenosulfonato de sodio, 0,05 kg de peróxido de benzoilo y 80 kg de agua en un tanque de preparación para la preparación a una temperatura de 85 °C durante 5 h, aspirar y eliminar el agua, obtener una cinta sensible a la presión con un contenido de sólidos del 18,7 %, complejar la cinta sensible a la presión sobre un papel antiadhesivo y enrollar el papel antiadhesivo sobre un núcleo de tubo de PVC.

Efectos técnicos: la presente divulgación lleva a cabo una activación de la superficie a profundidad nanométrica en una nano membrana compuesta funcional a base de PTFE, de modo que una superficie de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE puede generar una capa de estructura activada a profundidad nanométrica. La capa de estructura activada a profundidad nanométrica y un grupo funcional de un adhesivo se someten a un enlace químico, por lo que se genera una afinidad extremadamente fuerte y un rendimiento de unión de gran solidez entre la membrana y el adhesivo, y se forma el complejo de membrana y adhesivo. Se realiza la integración de la formación de complejos de unión entre la membrana y el adhesivo, la formación de complejos de unión de membrana/membrana y la unión de capa adhesiva y la membrana. Mientras tanto, mejora la resistencia de unión, la fuerza de pelado y la durabilidad de la fuerza de unión del adhesivo. Se resuelve un problema técnico de que un material de PTFE no puede unirse a ningún otro material.

La solución técnica de la presente divulgación se limita aún más:

Además, la superficie funcional de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE está cubierta con una membrana de PE.

El procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE, en el que la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica se prepara mediante las siguientes etapas:

(1) preparar una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE mediante polimerización por fusión de monómeros y micropolimerización;

1) preparar un material de varillas mezclando, prensando previamente y apretando;

infiltrar una resina de PTFE con aceite de silicona que puede ablandar el PTFE, mezclar la resina de PTFE infiltrada y llevar a cabo un prensado previo en caliente y un prensado en caliente a una temperatura de 60-90 °C, una velocidad de 20-30 m/min y una presión de 5-8 MPa para obtener un material de varillas de PTFE polimerizado con monómeros con una lubricidad superficial;

2) preparación de una membrana mediante polimerización por fusión con calandrado en caliente;

llevar a cabo la polimerización por fusión del material de varillas de PTFE preparado con calandrado en caliente a una temperatura de 60-90 °C y una velocidad de 20-30 m/min, extrudir el aceite de silicona con un efecto de polimerización de monómero mezclado en la resina de PTFE fuera de un calandrado en caliente bajo la acción de la temperatura para obtener una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con poros a escala micrométrica, y enrollar la membrana en un rollo;

en el que, bajo las acciones de temperatura y estiramiento del calandrado en caliente, la membrana agrietada presenta una estructura de fibras después de una exfoliación laminar; y se forma una membrana a base de PTFE con una morfología microporosa de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica, y tiene un grosor de 100-120 Lim y un color blanco lechoso; y

3) preparación de una membrana homogénea por micropolimerización;

micropolimerizar la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una microestructura de superficie cóncava-convexa a escala micrométrica en un horno para eliminar el aceite mediante la acción de la temperatura a una temperatura de 180-200 °C, polimerizar y consolidar el aceite de silicona infiltrando la resina de PTFE para la polimerización del monómero y sin comprimir completamente con el calandrado en caliente bajo la acción de la temperatura para obtener una membrana homogénea a base de PTFE, y enrollar la membrana a base de PTFE en forma de rollo en el horno para eliminar el aceite a una velocidad de 6-8 m/min; y

(2) preparación de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE mediante un procedimiento microeutéctico de alta presión lineal y alta temperatura;

establecer una temperatura en una cavidad microeutéctica de alta temperatura y alta presión lineal a 70-420 °C, colocar la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a una velocidad de 6-8 m/min, lo que permite que las cadenas moleculares de la membrana se contraigan y generen fases eutécticas por la alta temperatura en la cavidad y que los microporos sean a escala nanométrica y a escala ultramicrométrica, controlar una presión lineal de una superficie de la membrana a base de PTFE para que sea de 50-80 N/m, permitir que el color de la membrana cambie de blanco lechoso a transparente con transparencia uniforme, y mantener una morfología original de la ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE.

La presente divulgación tiene los siguientes efectos beneficiosos:

(1) Sobre la base de utilizar completamente un rendimiento de tensión superficial baja de un material a base de PTFE, la presente divulgación adopta una tecnología de micropolimerización y polimerización por fusión de monómeros para preparar una membrana con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala micrométrica y a escala multinanométrica, de modo que la membrana a base de PTFE tiene características funcionales de tensión superficial ultrabaja, hidrofobidad, no adhesividad, alta resistencia a la contaminación, resistencia a la absorción de humedad, propiedad de autolimpieza y similares. La tecnología microeutéctica de intensidad de presión ultraalta y temperatura ultraalta mejora la resistencia estructural integral de la membrana, soluciona el problema técnico de una resistencia a la abrasión reducida puesto que la membrana a base de PTFE presenta una estructura de fibras durante el agrietamiento en la alta temperatura después de una exofilación laminar, reduce los poros a través de la acción de la temperatura, con lo cual mejora la transparencia y la consistencia de la transparencia de la membrana, mantiene una morfología superficial de ultramicroestructura de la nanomembrana compuesta funcional y permite que la membrana tenga una mayor resistencia a la abrasión, tenacidad y resistencia a los impactos. Una tecnología de activación superficial a profundidad nanométrica permite que la membrana y el adhesivo se unan químicamente y, por lo tanto, mejora la resistencia de unión, la fuerza de pelado y la durabilidad de la fuerza de unión.

(2) Teniendo en cuenta las características, los requisitos de aplicación y el entorno de uso de la membrana de PTFE, se prepara especialmente un adhesivo de unión en frío y alta tenacidad con una función de unión en frío. El adhesivo de unión en frío y alta tenacidad se puede someter directamente a una unión en frío, tiene una alta resistencia al pelado, alargamiento a la tracción en la rotura y resistencia a los impactos, dureza relativamente pequeña y módulo elástico a la tracción, y larga resistencia al envejecimiento ultravioleta y tiempo de resistencia al envejecimiento, está libre de una propiedad de deformación plástica obvia, tiene una dilatación térmica y una tensión de contracción en frío más pequeñas que un límite elástico, está siempre en un estado de tenacidad y tiene una resistencia de unión relativamente alta y una fuerza de pelado y una fuerza de unión duraderas.

(3) La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada por la presente divulgación tiene una mayor transparencia, no cambia el color de la superficie original de una pala adherida, tiene un grosor de 100-200 ^m, un peso de 200-300 g/m2 y una rugosidad superficial de 0,18 Lim, no aumenta la carga de la pala de turbina eólica y puede mejorar el rendimiento aerodinámico de un perfil aerodinámico de la pala y la eficacia operativa de la pala.

(4) La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada por la presente divulgación puede generar un efecto de enlace químico con un grupo funcional del adhesivo sin modificar el material de PTFE, de modo que el adhesivo y la membrana tienen una afinidad y una resistencia adhesiva extremadamente fuertes y se amplía un intervalo de selección del adhesivo.

(5) La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada por la presente divulgación tiene una excelente resistencia a los rayos ultravioleta y a la intemperie del material de PTFE, es equivalente a una capa protectora de la pala, puede mejorar la resistencia de la superficie de la pala, juega un papel en la fijación integral, mejora la capacidad de soporte integral y la resistencia a la erosión de la pala, elimina los posibles riesgos de seguridad por el envejecimiento y agrietamiento de la pala y similares, y además prolonga la vida útil de la pala de turbina eólica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de una capa de estructura activa a profundidad nanométrica de la superficie de la membrana antes del tratamiento de una superficie de membrana; y

la FIG. 2 es una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de una capa de estructura activa a profundidad nanométrica de la superficie de la membrana después del tratamiento de una superficie de membrana.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

El ejemplo proporciona un procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE. El procedimiento comprende las siguientes etapas: cubrir una superficie funcional de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica con una membrana de PE, realizar un tratamiento de activación superficial en un entorno de vacío y una atmósfera media mixta de nitrógeno-hidrógeno por debajo de 40 °C a una velocidad de 3 m/min en una única superficie de la membrana a la que se aplica un adhesivo de unión, y que permite que la superficie de la membrana aplicada con adhesivo genere una capa de estructura activada a profundidad nanométrica; y migrar y complejar una cinta adhesiva de unión en frío y alta tenacidad en la superficie de la membrana, con la capa de estructura activada, de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a través de un dispositivo mecánico de aplicación de adhesivo, y permitir que un grupo funcional del adhesivo y la capa de estructura activada de la membrana se unan químicamente para formar un complejo de membrana y adhesivo.

La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica se prepara mediante las siguientes etapas:

infiltrar una resina de PTFE con aceite de silicona que puede ablandar el PTFE con una proporción de masa del aceite de silicona de vinilo y la resina de PTFE de 2,5:100, mezclar la resina de PTFE infiltrada y llevar a cabo un prensado previo en caliente y un prensado en caliente a una temperatura de 60° C, una velocidad de 25 m/min y una presión de 8 MPa para obtener un material de varillas de PTFE polimerizado con monómeros con un diámetro de 17 mm y una lubricidad superficial;

llevar a cabo la polimerización por fusión del material de varillas de PTFE preparado con calandrado en caliente a una temperatura de 60 °C y una velocidad de 25 m/min, extrudir el aceite de silicona con un efecto de polimerización de monómero mezclado en la resina de PTFE fuera de un calandrado en caliente bajo la acción de la temperatura para obtener una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con poros a escala micrométrica, y enrollar la membrana en un rollo;

en el que, bajo las acciones de temperatura y estiramiento del calandrado en caliente, la membrana agrietada presenta una estructura de fibras después de una exfoliación laminar; y se forma una membrana a base de PTFE con una morfología microporosa de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica, y tiene un grosor de 100 Lim y un color blanco lechoso; y

3) preparación de una membrana homogénea por micropolimerización;

micropolimerizar la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una microestructura de superficie cóncava-convexa a escala micrométrica en un horno para eliminar el aceite mediante la acción de la temperatura a una temperatura de 200°C, polimerizar y consolidar el aceite de silicona infiltrando la resina de PTFE para la polimerización del monómero y sin comprimir completamente con el calandrado en caliente bajo la acción de la temperatura para obtener una membrana homogénea a base de PTFE, y enrollar la membrana a base de PTFE en forma de rollo en el horno para eliminar el aceite a una velocidad de 6 m/min; y

ad microeutéctica de alta temperatura y alta presión lineal a 380 °C, colocar la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a una velocidad de 6 m/min, lo que permite que las cadenas moleculares de la membrana se contraigan y generen fases eutécticas por la alta temperatura en la cavidad y que los microporos sean a escala nanométrica y a escala ultramicrométrica, controlar una presión lineal de una superficie de la membrana a base de PTFE para que sea de 60 N/m, permitir que el color de la membrana cambie de blanco lechoso a transparente con transparencia uniforme y que la membrana tenga una densidad de 2,1 kg/m3, y mantener una morfología original de la ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE.

El material de PTFE tiene la característica de una unión directa sin ningún material de unión. Con el fin de resolver los problemas de una tensión superficial ultrabaja y un rendimiento de no adherencia de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE que se utiliza en una pala de turbina eólica, se utiliza el procedimiento mediante polimerización por fusión de monómeros y micropolimerización para preparar la membrana compuesta con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica. Además, la membrana compuesta tiene una mayor resistencia a la abrasión, tenacidad, resistencia estructural de la membrana y alta transparencia mediante el procedimiento microeutéctico de intensidad de presión ultraalta y temperatura ultraalta, de modo que es más difícil obtener un adhesivo de unión adecuado para la unión y un buen rendimiento de unión. Por lo tanto, la superficie aplicada con el adhesivo de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE debe someterse a la activación de la superficie a profundidad nanométrica.

Como se muestra en la FIG. 1-2, la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada con la solución tiene una propiedad no adhesiva al utilizar el PTFE lubricante con una tensión superficial baja. Mientras tanto, el PTFE no se modifica y la membrana se prepara para tener una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala micrométrica y a escala nanométrica, de modo que la membrana tiene una tensión superficial ultrabaja de sólidos, una propiedad hidrófoba mejor, una propiedad de no adherencia, una alta propiedad de resistencia a la contaminación y una función de autolimpieza de la superficie. El procedimiento es mejor que otras medidas y procedimientos. La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada con temperatura ultraalta y alta intensidad de presión tiene una mayor resistencia a la abrasión, tenacidad y resistencia a los impactos, tiene características funcionales de resistencia a la abrasión y al impacto del polvo, granizo y lluvia helada, erosión por lluvia y a la afectación de los rayos eléctricos de los relámpagos, de modo que la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE se puede utilizar durante mucho tiempo a una velocidad lineal de 300 km/h de la punta de una pala de turbina eólica sin desgastarse, al mismo tiempo tiene una característica de incombustibilidad, y no puede quemarse por los arcos eléctricos de los relámpagos.

Cinco muestras de membrana a base de PTFE obtenidas en el procedimiento se someten a 2; (3) la membrana tiene una fuerza de pelado de 50 N y una resistencia al pelado a 180° de 1000 N/m; (4) la membrana tiene una resistencia a la tracción promedio de 25 Mpa antes y después del envejecimiento y una tasa de alargamiento promedio de más del 90 %, y no muestra envejecimiento en una prueba de envejecimiento con lámpara de xenón, una prueba de rendimiento del ciclo de congelación y descongelación (una temperatura de -60 °C a 150 °C y una humedad de 5-98%), una prueba de envejecimiento con ozono, una prueba de envejecimiento con ultravioleta y una prueba de corrosión atmosférica artificial y de remojo en solución de sal marina durante 14.400 h; (5) la membrana no tiene una superficie rugosa y está libre de daños al exponer un sustrato después de 37 veces/min de fricción recíproca durante 40.000 veces utilizando un procedimiento de “Determinación de la resistencia al frote de una película de pinturas y revestimientos para arquitectura" en GB/T 9266-2009, y, por lo tanto, tiene una fuerte resistencia a la abrasión; (6) se utiliza una plataforma de prueba de resistencia al viento dinámica para simular una velocidad de viento de 36,9 m/s (tifón de grado 12) para llevar a cabo una prueba de resistencia al viento dinámica en una resistencia al lavado de lluvia, y la membrana no tiene una superficie rugosa y tiene una excelente resistencia a la erosión por lluvia después de someterse a una prueba de soplado de agua a alta velocidad del viento durante 1000 h; (7) después de probarse con un microscopio electrónico de barrido (SEM), la morfología de la superficie de la membrana muestra microestructuras superficiales cóncavas-convexas a escala micrométrica con un tamaño promedio de 20-40 i^m, una altura de 10-20 ^m y un espaciado de 30-50 ^m distribuidas uniformemente en dirección de urdimbre y trama; (8) un ángulo de contacto de las gotas de agua sobre la superficie de la membrana medido por un controlador de ángulos de contacto con el agua está entre 115,89°-125,46°; y (9) la rugosidad promedio de la superficie de la membrana medida con un medidor de la rugosidad de la superficie es de 0,18 i^m.

En conclusión, la membrana a base de PTFE se somete a una activación superficial a profundidad nanométrica. La nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE preparada tiene una tensión superficial ultrabaja, resistencia a la adherencia, resistencia a la contaminación, hidrofobidad, resistencia a la absorción de humedad y propiedad de autolimpieza gracias a un aspecto de estructura superficial ultramicro. La membrana compuesta tiene una resistencia a la abrasión ultraalta, tenacidad, resistencia a los impactos, resistencia a la erosión por lluvia y resistencia extrema a la corrosión química, puede resistir la corrosión, las temperaturas altas y bajas, el envejecimiento, la resistencia química, los rayos ultravioleta y la fatiga, mejora la resistencia de la superficie de una pala de turbina eólica, juega un papel en la fijación integral, mejora la capacidad de soporte integral y la resistencia a la erosión de la pala, elimina posibles riesgos de seguridad como el envejecimiento y el agrietamiento de la pala y similares, mejora la resistencia a la erosión a largo plazo de la pala ante objetos extraños, permite que la pala esté doblemente protegida y prolongará la vida útil de la pala. La membrana compuesta tiene aislamiento eléctrico e incombustibilidad, puede resistir una alta tensión de 15.000 voltios, tiene una alta resistencia a la temperatura, no deja huellas en la superficie y no se quema cuando es alcanzada por los arcos eléctricos de los relámpagos. La membrana compuesta puede mejorar el rendimiento aerodinámico de un perfil aerodinámico y utilizar la eficacia de la energía eólica gracias a un grosor ultrafino, un peso ultraligero y una rugosidad superficial ultrabaja. Una función de unión en frío autoadhesiva de la membrana compuesta facilita el uso en las palas de turbina eólica.

La divulgación puede tener otras implementaciones además de las descritas anteriormente. Todas las soluciones técnicas formadas utilizando sustituciones equivalentes o transformaciones equivalentes estarán dentro del alcance de protección reivindicado de la presente divulgación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE, en el que el procedimiento comprende las siguientes etapas: cubrir una superficie funcional de una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica, realizar un tratamiento de activación superficial en un entorno de vacío y una atmósfera media mixta de nitrógeno-hidrógeno por debajo de 40 °C a una velocidad de 1,5-3 m/min en una única superficie de la membrana a la que se aplica un adhesivo de unión, y que permite que la superficie de la membrana aplicada con adhesivo genere una capa de estructura activada a profundidad nanométrica; y migrar y complejar una cinta adhesiva de unión en frío y alta tenacidad en la superficie de la membrana, con la capa de estructura activada, de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a través de un dispositivo mecánico de aplicación de adhesivo, y permitir que un grupo funcional del adhesivo y la capa de estructura activada de la membrana se unan químicamente para formar un complejo de membrana y adhesivo; y

2. El procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE está cubierta por una membrana de PE.

3. El procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica se prepara mediante las siguientes etapas:

infiltrar una resina de PTFE con aceite de silicona que puede ablandar el PTFE, mezclar la resina de PTFE infiltrada y llevar a cabo un prensado previo en caliente y un prensado en caliente a una temperatura de 60-90 °C, una velocidad de 20-30 m/min y una presión de 5-8 MPa para 2) preparación de una membrana mediante polimerización por fusión con calandrado en caliente;

llevar a cabo la polimerización por fusión del material de varillas de PTFE preparado con calandrado en caliente a una temperatura de 60-90 °C y una velocidad de 20-30 m/min, extrudir el aceite de silicona con un efecto de polimerización de monómero mezclado en la resina de PTFE fuera de un calandrado en caliente bajo la acción de una temperatura para obtener una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con poros a escala micrométrica, y enrollarla en un rollo;

3) preparación de una membrana homogénea por micropolimerización;

4. El procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el aceite de silicona de vinilo y la resina de PTFE se mezclan en una proporción de masa de (2-3):100.

El procedimiento para la activación superficial a profundidad nanométrica de una membrana a base de PTFE de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con una morfología de ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica se prepara mediante las siguientes etapas:

infiltrar una resina de PTFE con aceite de silicona que puede ablandar el PTFE con una proporción de masa del aceite de silicona de vinilo y la resina de PTFE de 2,5:100, mezclar la resina de PTFE infiltrada y llevar a cabo un prensado previo en caliente y un presando en caliente a una temperatura de 60° C, una velocidad de 25 m/min y una presión de 8 MPa para obtener un material de varillas de PTFE polimerizado con monómeros con un diámetro de 17 mm y una lubricidad superficial;

llevar a cabo la polimerización por fusión del material de varillas de PTFE preparado con calandrado en caliente a una temperatura de 60 °C y una velocidad de 25 m/min, extrudir el aceite de silicona con un efecto de polimerización de monómero mezclado en la resina de PTFE fuera de un calandrado en caliente bajo la acción de una temperatura para obtener una nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE con poros a escala micrométrica, y enrollarla en un rollo;

3) preparación de una membrana homogénea por micropolimerización;

°C, colocar la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE a una velocidad de 6 m/min, lo que permite que las cadenas moleculares de la membrana se contraigan y generen fases eutécticas por la alta temperatura en la cavidad y que los microporos sean a escala nanométrica y a escala ultramicrométrica, controlar una presión lineal de una superficie de la membrana a base de PTFE para que sea de 50-80 N/m, permitir que el color de la membrana cambie de blanco lechoso a transparente con transparencia uniforme y que la membrana tenga una densidad de 2,1 kg/m3, y mantener una morfología original de la ultramicroestructura geométrica cóncava-convexa a escala nanométrica y a escala micrométrica de la nanomembrana compuesta funcional a base de PTFE.