传统能源的使用对环境造成了日益严重的污染。风能作为一种清洁且丰富的可再生能源，可以通过风力发电机将风能转化为电能。然而，风力涡轮机叶片表面常因雨水侵蚀而损坏，导致叶片的使用寿命大大缩短。雨水侵蚀是由高速液滴的反复冲击引起的，以点蚀或剥落的形式造成损坏。由于叶片表面粗糙度的增加，被侵蚀的叶片导致空气阻力显著增加，从而使年发电量减少25%。在风电设备的维护保养中，维修风机叶片是最昂贵、最耗时的，在使用寿命为20年的长期运行中，约占总成本的35%。
风力涡轮机叶片转速可达1800r/min，最大转速超过100m/s，长度达165m。尽管碳纤维复合环氧树脂叶片材料强度高，但在长时间的风吹日晒下，风机叶片会逐渐磨损，导致发电量大幅下降。如果裂纹扩展到叶片内部或出现在叶片根部的承重部分，风机叶片就必须停止使用并进行更换。为了延长风机叶片的使用寿命，研究人员试图在其上增加额外的保护层。最初，环氧涂层被用用来保护叶片，但发现这些涂层因其脆性很容易被雨滴的高速冲击而破碎。当雨滴撞击叶片表面时，膨胀速度超过了冲击波的传播速度，进而在雨滴内部形成压缩波。在短时间内，这种压缩波迅速扩展到雨滴与固体表面的接触边缘，产生剪切波和瑞利波。剪切波在基材和涂层之间反复振荡，导致界面之间的结合力降低，加速涂层的脱落。而瑞利波则沿着横向形成侧向射流，对叶片表面造成损伤。
环氧树脂和聚丙烯酸脂等脆性涂层因雨水高速冲击而破碎而失效。聚氨酯等弹性体涂层会因长期雨水侵蚀而形成孔洞。长期抵抗雨水侵蚀需要较低的表面能，这样可以降低雨滴冲击造成的阻力，并避免材料被横向应力撕裂。
近期，浙江工业大学冯杰/涂书画团队成功制备了具有优异抗雨蚀性、高弹性、坚固的疏水涂层。
以封端聚异氰酸酯作为交联剂，将氟化羟基丙烯酸（FHA）乳液与聚醚多元醇（PPG）交联，制备出一种高弹性、坚固、耐雨蚀性能优异的疏水涂层。
该涂层具有较低的弹性模量和较大的断裂伸长率。在酸雨中静态浸泡7天或动态冲击2天，该涂层的接触角仍保持在100°以上，具有持久的疏水性，同时还具有优异的柔韧性和抗冲击性。当FHA/PPG的摩尔比为0.7~0.3时，该涂层的抗雨蚀性能最佳。因此，本研究制备的涂层在风机叶片防护领域具有巨大的实际应用潜力。
涂层制备
FHA/PPG涂层的制备。
交联反应
聚异氰酸酯与PPG和FHA的交联反应。
数据来源与出处
相关研究成果以“Highly elastic and stable hydrophobic coatings with excellent rain erosion resistance for wind turbine blades”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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