上海麥加涂料有限公司劉正偉/風(fēng)電涂料總工程師

　　非常感謝，很高興代表上海麥家涂料做葉片防掛冰涂料的探討，第一章 葉片結(jié)冰分類及機(jī)理；第二章 防冰涂料分類；第三章 （超）疏水型葉片防冰涂層原理、失效機(jī)制以及效果；第四章 潛在解決方案。第一章介紹葉片部結(jié)冰分類以及機(jī)理。

　　首先葉片冰層分為兩類，第一類是降水覆冰，第二是凝露覆冰。葉片結(jié)冰過(guò)程可歸納為三個(gè)過(guò)程：液態(tài)水分子與物體表面相接觸（碰撞）；界面熱力學(xué)條件的改變，觸發(fā)了水的相變；冰晶附著力使其殘留于表面；過(guò)冷水滴與冰晶撞擊后在冰晶上持續(xù)積累，形成結(jié)冰

　　我們看一下防掛冰的分類，有一個(gè)超疏水型涂料，這款涂料是市面上應(yīng)用的類型，通過(guò)延遲過(guò)冷水滴的相變，并在發(fā)生相變前，外力擾動(dòng)驅(qū)散過(guò)冷水滴，同而實(shí)現(xiàn)防冰。第二是電發(fā)熱型功能涂料，還有犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料，還有其他的類型，時(shí)間所限不多做介紹。

　　葉片要疏水要具有一個(gè)特點(diǎn)，就是要低于表面能，市面上用了第一個(gè)原理，就是低表面能，第二個(gè)就是荷葉效應(yīng)，這個(gè)超疏水特有的。防冰涂料在2011年已經(jīng)在賣了，我們看一下葉片涂料在涂層所面臨的一些挑戰(zhàn)，這里面有一些物理和化學(xué)的，也有其他的因素，比如說(shuō)物理破壞就是雨蝕，沙蝕，冷熱循環(huán)，除此之外還有化學(xué)腐蝕，最主要是光化學(xué)腐蝕，比如說(shuō)紫外老外，還有一些酸堿分解，以及水解，污染，污染物對(duì)葉片疏水性能造成很大的影響。

　　圖中紅色的標(biāo)識(shí)是指表現(xiàn)最為苛刻三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，其他相對(duì)而言，它的影響會(huì)弱一些。我們先看一個(gè)比較簡(jiǎn)單的冷熱水管，大家可以看，經(jīng)過(guò)10個(gè)結(jié)冰熔化，十個(gè)循環(huán)之后，冰層在涂層表面附著力幾乎是一個(gè)直線上升的態(tài)勢(shì)，但是粉色的線反而不斷下降。為何疏水涂層沒(méi)有良好防冰效果，雨蝕一般具有破壞作用，常規(guī)的涂料，尤其是防冰涂料，本身受一些客觀因素的制約，不太可能做成專用的材料，具有超強(qiáng)的防腐蝕效果。一般  表面有一個(gè)小小的破損不影響葉片使用，但是對(duì)防冰材料而言，表面有一個(gè)小小的破壞，效果幾乎宣布失敗。還有一個(gè)紫外老化的問(wèn)題，疏水涂料在100小時(shí)測(cè)試之后，雖然顏色沒(méi)有發(fā)生變化，一切一切都是完美，但是這個(gè)時(shí)候疏水性實(shí)際衰減跟常規(guī)葉片材料同等層次的水平。一百小時(shí)的光照測(cè)試，也僅僅相當(dāng)于2到8個(gè)月的時(shí)間，目前為止，經(jīng)過(guò)一些努力測(cè)試，可以把時(shí)間延長(zhǎng)到24個(gè)月，但是僅僅延長(zhǎng)到24個(gè)月。  最后就是污染，污染是最致死，短則一天可以讓圖無(wú)論涂層喪失效果，到5月份昆蟲就產(chǎn)生了蟲蝕，最常見(jiàn)PM2.5不斷積累，最短一天，最長(zhǎng)不超過(guò)兩個(gè)月，如果不清洗的話，疏水效果基本失效。

　　這個(gè)是在2012年我們的一個(gè)跟蹤實(shí)驗(yàn)，運(yùn)行一年以后，近景或多或少還是有一定的效果，一年以后，有疏水狀的痕跡，也有片狀的大面積結(jié)冰的存在。很遺憾局部上仍然有呈片狀大面積的結(jié)冰。我們做一個(gè)小結(jié)，局部結(jié)冰成顆粒狀，大面積結(jié)冰情況仍存在。

　　我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室做一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬，環(huán)境溫度負(fù)10的條件下，經(jīng)過(guò)10分鐘后，翼型前緣結(jié)冰嚴(yán)重。在該實(shí)驗(yàn)條件下，各種涂料表現(xiàn)無(wú)明顯差異，測(cè)試條件有待改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也需另行驗(yàn)證。風(fēng)場(chǎng)實(shí)際防冰效果有限，實(shí)驗(yàn)室模擬防冰效果不佳，我們的展望是什么？就是繼續(xù)搜集超高疏水型防冰涂料在風(fēng)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，建立專用防冰凍實(shí)驗(yàn)室，以作全面深入的模擬測(cè)試。

　　第四潛在解決方案：石墨烯型吸微波涂料；犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料。依靠微波發(fā)射器輻射微波，涂料吸收熱量后升溫將冰融化；由瑞典能源局贊助的 “Deicing of Wind Turbines using Microwave Technology”項(xiàng)目使用摻雜碳納米管的涂料吸收微波，除冰實(shí)驗(yàn)成功。

　　犧牲性臨時(shí)防護(hù)涂料，借鑒船舶犧牲油漆“自拋光“原理，壽命短暫（3天~30天）冰層附著到一定厚度（約20mm）后依靠葉片離心力甩出。20mm厚度層甩脫所需的等效離心剪切應(yīng)力。1、理論所需離心剪切應(yīng)力1.2KPa；2、超疏水型涂層實(shí)測(cè)值為50-200KPa；3、犧牲性防冰涂層實(shí)測(cè)值約1.0KPa。初版原型產(chǎn)品同時(shí)具有低的接觸角滯后特性，優(yōu)良的疏水性能可以明顯延遲結(jié)冰。   謝謝大家！