一种用于风电叶片的储热涂料及其制备方法与流程

本发明属于风电叶片涂层，具体涉及一种用于风电叶片的储热涂料及其制备方法。

背景技术：

1、风力发电是一种清洁、可再生的能源，其核心设备是风电机组。风电机组主要由塔筒、叶片、发电机、控制系统等部分组成，其中叶片是风电机组中最关键的部件之一，它的设计和材料选择直接影响到风电机组的性能和使用寿命。

2、然而，风力发电机组通常位于高山或边疆等昼夜温差较大的易凝冻地区。这些地区白天光照充分温度相对较高，但夜晚温度降至零度以下，使得风力发电机组的叶片表面极易结冰，叶片表面一旦发生结冰的情况，不仅影响叶片的气动性能降低机组发电效率，尤其在覆冰严重的区域会造成约20％～50％的发电量损失，同时还会影响叶片的使用寿命，对运行机组和人员带来不良影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于风电叶片的储热涂料及其制备方法，以解决现有技术中风电叶片易于结冰的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种用于风电叶片的储热涂料，以质量分数计，以质量分数计，包括40％～50％的水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂、20％～30％的粘结剂和20％～40％的储热微胶囊；所述粘结剂为ptfe水性乳液；储热微胶囊分散在水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂中；

4、所述储热微胶囊由膨胀石墨和水合盐相变材料组成，水合盐相变材料填充在膨胀石墨的孔洞中，所述水合盐相变材料由六水合磷酸氢二钾、甘氨酸和十二水磷酸氢二钠组成；

5、所述水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂由储热聚天门冬氨酸酯分散体和水性异氰酸酯组成，所述储热聚天门冬氨酸酯分散体由聚醚胺、聚天门冬氨酸酯和二异氰酸酯组成。

6、本发明的进一步改进在于：

7、优选的，所述储热微胶囊中，膨胀石墨的质量分数为5％～15％，余量为水合盐相变材料。

8、优选的，六水合磷酸氢二钾、甘氨酸和十二水磷酸氢二钠质量比为：176.67:13.86:0.99。

9、优选的，所述膨胀石墨为eg600、eg700或eg800中的任意一种或几种；所述膨胀石墨原料尺寸≤13um。

10、优选的，所述储热聚天门冬氨酸酯分散体中，聚天门冬氨酸酯与聚醚胺的质量比为(3～8)：1，聚醚胺与二异氰酸酯的摩尔比为1：(1～1.3)。

11、一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，包括以下步骤：

12、步骤1，将水合盐相变材料加入到膨胀石墨中，搅拌均匀后获得储热微胶囊悬浊液；

13、步骤2，向聚醚胺和聚天门冬氨酸酯的混合物中滴加ptfe乳液，滴加后搅拌均匀，获得过程混合物一；

14、步骤3，在过程混合物一中滴加储热微胶囊悬浊液，搅拌均匀后获得过程混合物二；

15、步骤4，向过程混合物二中滴加二异氰酸酯，获得过程混合物三；

16、步骤5，在过程混合物三中滴加水，搅拌均匀后获得储热聚天门冬氨酸酯分散体、ptfe乳液和储热微胶囊的混合物；

17、步骤6，在步骤5获得混合物中滴加的水性异氰酸酯，搅拌均匀后获得储热涂料。

18、优选的，步骤1中，水合盐相变材料的制备过程为，将水合磷酸氢二钾、甘氨酸和十二水磷酸氢二钠按质量比176.67:13.86:0.99混合，置于55℃的水浴锅中加热搅拌，直至融化为透明液态，得到水合盐相变材料。

19、优选的，步骤2中，ptfe乳液的滴加时间为1～2h，搅拌速率为40～70r/min。

20、优选的，步骤3中，储热微胶囊悬浊液的滴加时间为1～2h，搅拌速率为50～60r/min。

21、优选的，步骤5中，水的滴加时间为0.5～1h，滴加后搅拌转速为1000～1300r/min，滴加后搅拌时间为0.3～0.5h。

22、优选的，步骤6中，水性异氰酸酯的加入量通过聚天门冬氨酸酯分散体的质量确定，聚天门冬氨酸酯分散体中-nh的和水性异氰酸酯中-nco的摩尔比为1.2:1。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明公开了一种用于风电叶片的储热涂料，该涂料以聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂为主体结构，通过粘结剂将无机填料-水合盐相变材料分散在聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂中，水合盐相变材料以储热微胶囊的形式存在，其中胶囊的主体为颗粒状的膨胀石墨，膨胀石墨为具有疏松多孔的蠕虫状结构，其中的孔洞中填充有水合盐相变材料，水合盐相变材料被膨胀石墨固定在其内部的孔洞中，跟随外部的环境，发生相变，同时吸收或释放热量。该材料选择水合盐作为相变成分，其具有高相变焓值、能量存储密度大、导热系数较大和价格便宜等优点，可提高储热涂层的储热性能，并更有效的将白天光热吸收并储存至涂层内，避免夜晚温度降低后，风电叶片结冰，造成损伤。另一方面聚氨酯本身是一种相变材料，可以经历固-固相变，它也可以作为其它相变材料的支撑材料，不仅可消除泄漏问题，而且还可以降低形成高热能存储密度的复合相变储能材料的成本。同时，该材料的选择应考虑到其对叶片性能和重量的影响，以保证不影响叶片的性能和重量，提高风电机组的效率。采用膨胀石墨作为导热剂和支撑材料，其结构松散、比表面积大，吸附能力强，在膨胀石墨的毛细管和表面张力作用下，相变组分可均匀地被吸附在膨胀石墨的孔隙中，且两相界面结合紧密，相变过程中无泄漏。其熔化温度或分解温度要高于相变组分的相变温度，保证相变组分的形状稳定和可加工性，使涂层的附着力和可靠性，使其在恶劣环境下也能保持良好的吸热放热效果，通过添加成核剂和搅拌方法解决储热涂料过冷的问题；添加分离抑制剂可确保储热涂料成分稳定，不易发生相分离的问题。该材料了优化储热涂料的配方，以降储热涂料的制造成本。该材料通过选用价格较低的原材料，简化生产工艺，提高生产效率等方式实现。同时，通过提高风电机组的安全性和可靠性，也可以间接提高风力发电的经济效益。

25、通过材料的使用，能够有效利用白天光照的热量，在光照较强时，吸收并储存至叶片涂层内，确保风电叶片不被灼伤；夜晚温度下降后，涂层可以热量释放出来，保证风电叶片在夜晚温度较低时表面不结冰。

技术特征：

1.一种用于风电叶片的储热涂料，其特征在于，以质量分数计，包括40％～50％的水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂、20％～30％的粘结剂和20％～40％的储热微胶囊；所述粘结剂为ptfe水性乳液；储热微胶囊分散在水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂中；

2.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片的储热涂料，其特征在于，所述储热微胶囊中，膨胀石墨的质量分数为5％～15％，余量为水合盐相变材料。

3.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片的储热涂料，其特征在于，六水合磷酸氢二钾、甘氨酸和十二水磷酸氢二钠质量比为：176.67:13.86:0.99。

4.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片的储热涂料，其特征在于，所述膨胀石墨为eg600、eg700或eg800中的任意一种或几种；所述膨胀石墨的原料尺寸≤13um。

5.根据权利要求1所述的一种用于风电叶片的储热涂料，其特征在于，所述储热聚天门冬氨酸酯分散体中，聚天门冬氨酸酯与聚醚胺的质量比为(3～8)：1，聚醚胺与二异氰酸酯的摩尔比为1：(1～1.3)。

6.一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，其特征在于，步骤1中，水合盐相变材料的制备过程为，将水合磷酸氢二钾、甘氨酸和十二水磷酸氢二钠按质量比176.67:13.86:0.99混合，置于55℃的水浴锅中加热搅拌，直至融化为透明液态，得到水合盐相变材料。

8.根据权利要求6所述的一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，其特征在于，步骤2中，ptfe乳液的滴加时间为1～2h，搅拌速率为40～70r/min。

9.根据权利要求6所述的一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，其特征在于，步骤3中，储热微胶囊悬浊液的滴加时间为1～2h，搅拌速率为50～60r/min。

10.根据权利要求6所述的一种用于风电叶片的储热涂料的制备方法，其特征在于，步骤6中，水性异氰酸酯的加入量通过聚天门冬氨酸酯分散体的质量确定，聚天门冬氨酸酯分散体中-nh的和水性异氰酸酯中-nco的摩尔比为1.2:1。

技术总结
本发明公开了一种用于风电叶片的储热涂料及其制备方法，属于风电叶片涂层技术领域。该涂料以水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂为主体结构，通过粘结剂将水合盐相变材料分散并固定在水性聚天门冬氨酸酯聚脲基料树脂中，水合盐相变材料以储热微胶囊的形式存在，其中胶囊的主体为颗粒状的膨胀石墨，膨胀石墨的孔洞中填充有水合盐相变材料，水合盐相变材料跟随外部的环境发生相变，同步吸收或释放热量。上述涂料因为内部具有水合盐作为相变材料，具有优异的吸热储热性能，能够有效地将光热吸收并储存至涂层内，避免白天强光照灼伤叶片，同时在夜晚温度降低后，可防止风电叶片结冰，从而更有效地保护叶片不受损伤，提高了风电机组的安全性。

技术研发人员：延卫忠,郭中旭,程广文,卢引承,孟祥东,董巍峰,闫庆坤,杨嵩,赵凤伟,孙学昌
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23