TiO2粒径对TiO2聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响研究.pdf
风能作为一种可持续清洁能源，遍布全球各地，具有巨大的研究价值。然而，在低温高湿环境下，风机容易受到覆冰的影响，导致风力发电机的输出功率低于标准，发电效率锐减，引发风机振动和断裂事故，损坏建筑物，威胁人畜安全。因此，解决风机覆冰问题是能源发展的重要挑战。超疏水表面的研究应用已在实验方面取得了重大的突破，但其在真实风机叶片上的结冰情况仍值得进一步研究。研究人员常采用PTFE、PVDF、聚吡咯等聚合物制备疏水涂层，来解决风机叶片的防覆冰问题。这些涂层的缺点是价格高、不耐磨，且不易降解。为了弥补现有方法的不足，本文制备了耐久性佳、制备工艺简单、防覆冰效果好且可满足风机叶片户外作业要求的坚固超疏水涂层，研究了4种TiO2粒径对超疏水涂层耐磨性、耐酸碱性、防覆冰性的影响，为覆冰地区风机防冰提供了技术参考。
100 nm、200 nm、500 nm、1 μm、50 nm粒径TiO2制备出的超疏水涂层SEM图（a~e）以及纳米TiO2和改性纳米TiO2的红外图（f）
涂层的EDS元素分析图
磨损次数对静态接触角、滚动角的影响
耐酸碱试验中超疏水涂层接触角（a）和滚动角（b）的变化情况
基底温度对液滴静态（a）和动态（b）结冰时间的影响
1）当TiO2粒子粒径为100 nm时，接触角为162.4°，滚动角为3.8°，样品的防覆冰性能、机械稳定性能较优。
2）100、200、500 nm TiO2制备的超疏水涂层在经过250次线性磨损试验后，仍能保持较好的超疏水性能；1 μm TiO2制备的超疏水涂层能保持一定的疏水性能。超疏水涂层在酸、中、碱性溶液中长时间浸泡后，依然可以维持出色的超疏水特性。然而，酸性和碱性溶液都会对涂层产生腐蚀作用，其中碱性溶液的影响更为显著，腐蚀效应更强。
3）在静态防覆冰、动态防覆冰试验中，随着TiO2粒径的进一步增大，水滴冻结时间呈现逐渐增大的趋势。当粒径为100 nm时，超疏水涂层有最大的接触角162.4°，滚动角为3.8°，超疏水性与防覆冰性能最好。在覆冰黏结强度试验中，超疏水涂层样品的剪切黏结强度随着温度降低而逐渐增加，且小于无涂层样品。
4）在风电场防覆冰试验中，涂有超疏水涂层的风机在冻雨天气下（1 d）平均运行时间为705 min，比空白风机平均多运行255 min。对一台2 MW机组来讲，相当于多产生8500 kW·h的电能。与制备成本相比，超疏水涂层有较高的经济效益价值。
胡丽娜, 杜一枝, 董立婷, 等. TiO2 粒径对 TiO2/聚脲超疏水涂层机械稳定性和防覆冰性能的影响研究[J]. 表面技术, 2024, 53(12): 240-251.
HU Lina, DU Yizhi, DONG Liting, et al. Effect of TiO2 Particle Size on the Mechanical Stability and Anti-icing Performance of TiO2/Polyurea Superhydrophobic Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(12): 240-251.
【扫码关注我们】
审核|汪 潇
编辑|邓李旸
