纳米多孔复合光热涂层及其制备方法与流程

本发明涉及光热涂层，具体涉及一种纳米多孔复合光热涂层及其制备方法。

背景技术：

1、目前我国陆上风电市场分布较为广泛，风能资源丰富的东北、西北、华北以及高海拔山区较多的中部、南部地区均进行了风力发电厂的规模化建设。这些地区的风机长期暴露在湿冷环境下，并伴随着冻雨、霜雾、降雪等气象环境，通常会形成叶片覆冰现象。如果风力涡轮机叶片上形成的冰不能及时消除，可能会造成严重的问题。

2、为了保证风力机的性能，减少叶片覆冰造成的经济损失，现在主要有以下两种方式用来减少或消除叶片上的结冰现象：(1)传统除冰方法，如机械，热力和化学除冰技术；(2)新型涂层除冰方法，如超疏水、光热、复合除冰涂层技术。传统除冰方法虽然在工程中被广泛使用，但在能源消耗、环境影响和成本方面仍然存在许多缺点。相反，涂层法除冰技术成本低、环境友好，能够长期使用。因此，为风力涡轮机叶片开发除冰涂层是非常重要的。

3、具有高光热性、高机械稳固性的光热除冰涂层是解决目前风力机叶片覆冰的一种恰当方法。目前国内外研究的光热除冰涂层可以在特定激发光源或直接太阳光的照射下表现出优秀的光热性能，但同时涂层表面的高温也会向下传递热量使得覆盖部件的温度上升。长时间的高温会使得风力发电机叶片材料发生热氧老化，导致叶片材料树脂基体严重开裂。因此，如何能够简便、低成本、高效率、大规模地制备风机叶片所需的光热涂层，且不损伤叶片表面材料，对于增强风电机组的性能、提高发电量具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种光热性能优异、除冰能力强、适用性强、化学和力学性能稳定、可广泛用于风机叶片除冰处理的纳米多孔复合光热涂层及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

3、一种纳米多孔复合光热涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将三乙醇胺与水混合、搅拌，得到油性溶液；

5、s2、将步骤s1所得油性溶液与二氧化硅气凝胶粉末混合，经超声波处理、搅拌，得到二氧化硅气凝胶分散液；

6、s3、将步骤s2所得二氧化硅气凝胶分散液与聚乙烯醇混合、搅拌、抽真空处理，得到二氧化硅气凝胶水性浆料；

7、s4、将步骤s3所得二氧化硅气凝胶水性浆料与多壁碳纳米管混合，经超声波处理、搅拌，得到纳米多孔复合光热涂料；

8、s5、将步骤s4所得纳米多孔复合光热涂料喷涂或刷涂在基材上，得到纳米多孔复合光热涂层。

9、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，三乙醇胺、水、二氧化硅气凝胶粉末、聚乙烯醇、多壁碳纳米管的质量比为0.02～0.03∶50～55∶10～12∶0.05～0.06∶0.36～0.40。

10、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，更优选的，所述纳米多孔复合光热涂料中多壁碳纳米管的质量分数为0.6％。

11、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，所述二氧化硅气凝胶粉末的粒径为20μm～70μm。

12、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，所述多壁碳纳米管的内径为5nm～12nm，外径为30nm～50nm，长度为10μm～20μm。

13、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，步骤s1中，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为10min～20min。

14、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，步骤s2中，所述超声波处理的时间0.5h～0.6h，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为25min～35min。

15、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，步骤s3中，所述搅拌的温度为85℃～95℃，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为20min～60min。

16、上述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，优选的，步骤s4中，所述超声波处理的时间为1h～1.2h，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为30min～40min。

17、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的制备方法制得的纳米多孔复合光热涂层。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、(1)本发明提供了一种纳米多孔复合光热涂层的制备方法，采用具有独特三维纳米多孔结构的二氧化硅气凝胶(sio2)、具有高效光热转化特性的多壁碳纳米管(cnts)和聚乙烯醇进行协同增效，本发明采用sio2气凝胶颗粒构成隔热底层避免损伤基体结构，通过聚乙烯醇降低sio2气凝胶颗粒自主聚集，一方面进一步增强隔热性，另一方面有利于下一步多壁碳纳米管的嵌入，而多壁碳纳米管的填充可以提高极限温度和升温速率，多个特征发生了协同作用，环环相扣，得到适用于解决风力发电机叶片表面覆冰的复合光热除冰涂层，解决了传统光热涂层长时间的高温使得风力发电机叶片材料发生热氧老化，导致叶片材料树脂基体严重开裂的问题，由此制得的纳米多孔复合光热涂层具有光热性能优异、除冰能力强、适用性强、耐用性强、化学/力学性能稳定等特点。本发明的制备方法还具有制备工艺简单、操作步骤方便、可工业化生产等优点，能够大规模制备复合光热涂料，有利于工业化、产业化应用。

20、(2)本发明的制备方法中，控制三乙醇胺、水、二氧化硅气凝胶粉末、聚乙烯醇、多壁碳纳米管的质量比为0.02～0.03∶50～55∶10～12∶0.05～0.06∶0.36～0.40。本发明控制了二氧化硅气凝胶粉末的用量和粒径，构造涂层隔热底层的纳米多孔结构，使sio2气凝胶颗粒更充分地与水接触，强化了胶溶分散效应，且提高sio2气凝胶颗粒在液相中的分散。

21、本发明通过优化聚乙烯醇的用量，使得sio2气凝胶粒子更加稳定，降低粒子的自主聚集，混合液更加分散均匀，增强了涂层的隔热性。

22、本发明通过优化多壁碳纳米管的用量(优选纳米多孔复合光热涂料中多壁碳纳米管的质量百分含量为0.6％)，提高了涂层光热升温的极限温度和升温速率，降低了升温时间，这主要是因为随着多壁碳纳米管的增多，多壁碳纳米管颗粒逐渐填满气凝胶的多孔三维结构空间，并逐渐覆盖气凝胶颗粒表面，但在质量百分含量超过0.6％后，饱和的多壁碳纳米管含量使得团聚现象形成，且多壁碳纳米管质量百分含量的增加相比于0.6％含量在极限温度、升温速率和升温时间上没有明显的效果提升。

23、(3)本发明的纳米多孔复合光热涂层具有光热性能优异、除冰能力强、适用性强、耐用性强、化学/力学性能稳定等特点，能够广泛应用于风机叶片的除冰处理，对于增强风电机组的性能和提高发电量具有重要意义，有着较好的应用前景。

技术特征：

1.一种纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，三乙醇胺、水、二氧化硅气凝胶粉末、聚乙烯醇、多壁碳纳米管的质量比为0.02～0.03∶50～55∶10～12∶0.05～0.06∶0.36～0.40。

3.根据权利要求1所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，所述纳米多孔复合光热涂料中多壁碳纳米管的质量分数为0.6％。

4.根据权利要求1所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅气凝胶粉末的粒径为20μm～70μm。

5.根据权利要求1所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管的内径为5nm～12nm，外径为30nm～50nm，长度为10μm～20μm。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为10min～20min。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述超声波处理的时间0.5h～0.6h，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为25min～35min。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述搅拌的温度为85℃～95℃，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为20min～60min。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的纳米多孔复合光热涂层的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述超声波处理的时间为1h～1.2h，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min，所述搅拌的时间为30min～40min。

10.一种如权利要求1～9中任一项所述的制备方法制得的纳米多孔复合光热涂层。

技术总结
本发明公开了一种纳米多孔复合光热涂层及其制备方法，制备方法包括将三乙醇胺与水混合、搅拌，所得油性溶液与二氧化硅气凝胶粉末混合、超声波处理、搅拌，所得二氧化硅气凝胶分散液与聚乙烯醇混合、搅拌、抽真空处理，所得二氧化硅气凝胶水性浆料与多壁碳纳米管混合、超声波处理、搅拌，所得纳米多孔复合光热涂料喷涂或刷涂在基材上，得到纳米多孔复合光热涂层。本发明的制备方法工艺简单、步骤方便，可工业化生产，纳米多孔复合光热涂层光热性能优异、除冰能力强、适用性强、化学和力学性能稳定，能够广泛用于风机叶片的除冰处理，对于增强风电机组的性能和提高发电量具有重要意义，有良好的应用前景。

技术研发人员：罗光武,何建军,周伟强,蒲珉,吴畏,段子豪
受保护的技术使用者：国家能源集团龙源江永风力发电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15