一种防冰除冰的风机叶片的制作方法

本公开涉及风力发电，具体地，涉及一种防冰除冰的风机叶片。

背景技术：

1、风能作为一种潜力巨大的可循环利用的能源，备受各国的重视。结冰是自然界中最常见的现象，风机叶片的结冰是现在风力发电过程中遇到的一个重要问题，叶片结冰会改变翼型，增加阻力、减少升力从而影响风机的发电效率。同时，由于叶片覆冰，叶片质量分布不均，对叶片产生额外载荷，这会导致风机机械故障甚至叶片结构破坏。

2、申请号为201810641912.5的发明公开了一种带除冰功能的风力发电涡轮机叶片及其制造方法，此发明提出在叶片前缘部位铺设电热膜，此方法解决了叶片前缘部位的结冰问题，但是对于后缘和叶尖部分，此方法没有提出解决方案。对于后缘部分，前缘部分电热膜加热后水滴会随风向后移动到后缘由于没有防冰措施，会造成水滴在后缘部分二次结冰，二次结冰后的冰层冰粘附力会更加牢固，冰层更不容易除去。另外此方案中，叶尖部分未给出除冰方案，而叶尖部分往往是结冰最严重，结冰后最易导致损失的部位。

3、申请号为202010896280.4的发明公开了一种风机叶片除冰装置，此发明是结合陶瓷电热膜与纳米超疏水涂层的防冰方案，此方案解决了前缘部分结冰问题，由于叶尖部分极易受到雷击，但是此方案在叶尖部分使用热膜的方案会极易导叶尖部分热膜导致雷击而受到损伤。

4、因此，针对风机叶片的防结冰技术研究具有重要的意义。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供一种防冰除冰的风机叶片，该风机叶片的尖部区的第一涂料层具有较好的低冰粘附性能；中部区第二涂料层具有较好的耐磨超疏水性能；与复合加热膜层配合使用，能够达到较好的防冰除冰效果，且该复合加热膜层热效率高，不易损坏寿命长、安全可靠。

2、为了实现上述目的，本公开提供一种防冰除冰的风机叶片，所述防冰除冰的风机叶片包括风机叶片基体，沿所述风机叶片基体的叶尖到叶根的方向，所述风机叶片基体依次包括尖部区、中部区和根部区，所述尖部区的侧壁上涂覆有第一涂料层；所述中部区的侧壁上涂覆有复合加热膜和第二涂料层；所述第一涂料层包括第一组分和第一固化剂组分，所述第一组分包括第一树脂材料、低冰粘附材料和第一溶剂；所述低冰粘附材料选自硅油和/或石蜡；所述第二涂料层包括第二组分和第二固化剂组分，所述第二组分包括第二树脂材料、纳米粒子材料和第二溶剂；所述纳米粒子材料选自碳化硅、氧化锌、氧化铝、炭黑和二氧化钛中的一种或几种。

3、可选地，沿所述风机叶片基体的侧壁表面至外部的方向上，所述复合加热膜包括层叠设置的粘胶层、隔热层、加热层、防雷层和防护层；所述粘胶层的第一粘合面与所述隔热层粘合连接，所述粘胶层的第二粘合面与所述风机叶片基体的中部区中第一部分的侧壁表面粘合连接，以使复合加热膜固定设置在风机叶片基体的中部区的侧壁表面；所述粘胶层、隔热层、加热层、防雷层和防护层的厚度比为(0.7～15.0)：(0.4～5.0)：(0.5～30.0)：(1.0～25.0)：1；

4、可选地，所述复合加热膜的厚度为0.05～10mm，优选为0.1～6mm。

5、可选地，所述第一涂料层的厚度为10～500μm，优选为30～300μm；所述第二涂料层的厚度为10～500μm，优选为20～300μm。

6、可选地，所述风机叶片还包括温度传感器和调节控制装置；所述复合加热膜与所述控制装置电连接；所述温度传感器设置在前缘处的所述复合加热膜和第一涂料层的外表面；所述温度传感器与所述调节控制装置信号连接，用以根据温度传感器检测到的尖部区和中部区的温度信号，通过调节控制装置来调节复合加热膜的加热功率，以使复合加热膜达到除冰的温度。

7、可选地，所述加热层的材料选自石墨类材料和金属丝材料中的一种或几种；

8、优选地，所述石墨类材料选自石墨烯、碳纤维、碳纳米管和氮化碳中的一种或几种；所述金属丝材料选自铜、康铜、铝和银中的一种或几种；

9、所述防雷层的材料选自金属材料和非金属材料中的一种或几种；

10、优选地，所述金属材料选自钢筋、铜丝、铜线、铜片、铜板和铝板中的一种或几种；所述非金属材料选自聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚苯乙烯中的一种或几种；所述隔热层的材料选自酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、聚酰亚胺泡沫、硅酸铝纤维和硅橡胶中的一种或几种；所述防护层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚对苯二甲酸丁二酯中的一种或几种；所述粘胶层包括树脂材料和固化助剂；所述树脂材料选自丙烯酸树脂或环氧树脂；所述固化助剂包括选自乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、甲苯二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。

11、可选地，以所述风机叶片基体的直线侧边为基准，所述尖部区、中部区和根部区的长度比为1：(5～7)：(1.5～3)。

12、可选地，在第一涂料层中，所述第一组分和第一固化剂组分的重量比为1：(0.05～0.25)，优选为1：(0.09～0.20)；

13、优选地，在第一组分中，所述第一树脂材料、低冰粘附材料和第一溶剂的重量比为(3.00～10.00)：(0.10～3.00)：1，优选为(4.00～6.00)：(0.20～2.00)：1；在第二涂料层中，所述第二组分和第二固化剂组分的重量比为1：(0.10～0.40)，优选为1：(0.20～0.30)；

14、优选地，在第二组分中，所述第二树脂材料、纳米粒子材料和第二溶剂的重量比为(4.00～7.00)：(0.05～0.40)：1，优选为(5.00～6.00)：(0.20～0.30)：1。

15、可选地，在第一组分中，所述第一树脂材料选自有机硅树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂和醇酸树脂中的一种或几种；所述硅油选自羟基硅油、氨基硅油、甲基硅油、苯基硅油、乙基硅油、甲基三氟丙基硅油和甲基乙烯基硅油中的一种或几种；所述石蜡选自碳原子数为18～30的烷烃和/或其混合物；在第二组分中，所述第二树脂材料选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂和氨基树脂中的一种或几种；

16、可选地，所述纳米粒子材料的平均粒径40～1000nm。

17、可选地，所述第一溶剂和第二溶剂各自独立地选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇和丁内酯中的一种或几种；所述第一固化剂组分和第二固化剂组分各自独立地选自异氰酸酯类固化剂、胺类固化剂、酸类固化剂和酸酐类固化剂中的一种或几种；

18、可选地，所述异氰酸酯类固化剂选自甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种；

19、可选地，所述酸类固化剂选自苯磺酸、对甲苯磺酸和二甲苯磺酸中的一种或几种；

20、可选地，所述胺类固化剂选自乙二胺、己二胺、三乙烯四胺、二乙烯三胺、间苯二甲胺、二乙胺基丙胺和间苯二胺中的一种或几种；

21、可选地，所述酸酐类固化剂包选自邻苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸二酐和顺丁烯二酸酐中的一种或几种。

22、可选地，所述第一涂料层通过包括以下步骤的方法制备得到：使第一树脂材料、低冰粘附材料和第一溶剂进行第一混合处理，得到第一组分；使第一组分与第一固化剂组分进行第二混合处理，得到第二混合物；将第二混合物涂覆在尖部区的侧壁上，进行第一固化处理。

23、可选地，第一混合处理的条件包括：时间为30～60min；搅拌速率为500～2000r/min；第二混合处理的条件包括：时间为10～30min；搅拌速率为300～600r/min；第一固化处理的条件包括：温度为25～60℃，时间为2～24h。

24、可选地，所述第一树脂材料、低冰粘附材料和第一溶剂的重量比为(3.00～10.00)：(0.10～3.00)：1，优选为(4.00～6.00)：(0.20～2.00)：1；所述第一组分和第一固化剂组分的重量比为1：(0.05～0.25)，优选为1：(0.09～0.20)。

25、可选地，所述第二涂料层通过包括以下步骤的方法制备得到：使第二树脂材料、纳米粒子材料和第二溶剂进行第三混合处理，得到第二组分；使第二组分与第二固化剂组分进行第四混合处理，得到第四混合物；将第四混合物涂覆在风机叶片中部区第二部分的侧壁上，进行第二固化处理。

26、可选地，第三混合处理的条件包括：时间为40～80min；搅拌速率为600～2500r/min；第四混合处理的条件包括：时间为15～40min；搅拌速率为1000～2500r/min；第二固化处理的条件包括：温度为25～80℃，时间为1～18h。

27、可选地，在第二组分中，所述第二树脂材料、纳米粒子材料和第二溶剂的重量比为(4.00～7.00)：(0.05～0.40)：1，优选为(5.00～6.00)：(0.20～0.30)：1；所述第二组分和第二固化剂组分的重量比为1：(0.10～0.40)，优选为1：(0.20～0.30)。

28、通过上述技术方案，本公开提供一种防冰除冰的风机叶片，该风机叶片尖部区的侧壁上涂覆有具有低冰粘附性能的第一涂料层，实现尖部区的防冰和除冰效果。该风机叶片中部区的侧壁上涂覆有复合加热膜，该复合加热膜具有热效率高、不易损坏、寿命长、安全可靠等优点，具有较好的防冰除冰效果。在复合加热膜的上方涂覆有具有耐磨超疏水性能的第二涂料层，使中部区第二部分也没有水滴的存留，降低后缘覆冰的概率。本公开的提供的风机叶片不仅提高了重点区域的除冰效率还能够降低能耗。

29、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。