一种增强基于PTFE膜强度的高温高线压力微共晶方法与流程

一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法技术领域[0001]本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法。背景技术：[0002]我国的风机叶片表面覆冰问题相当突出，处在寒冷气候地区以及坐落于高山林区的风电机组，由于环境空气湿度较大，加之冬季低温，昼夜温差较大，每年的11月末至来年的2-3月间，尤其是南方地区的倒春寒天气，都是叶片结冰的多发期。每当遇雨夹雪天气，气温在0℃左右，降雪较为粘稠时，风机叶片、风速风向仪等裸露在外面的部件都会被包裹大量潮湿的雨雪混合物，局部厚度达到10cm以上，随着气温降低，风机叶片上的雨雪混合物开始覆冰，风机出力逐渐降低，导致无法达到该风速下的正常出力。北疆、内蒙、冀北山区、晋西北、东北、云、贵、川、渝、鄂、湘、赣等地区的整个冬季都存在明显的风机叶片覆冰现象，特别是地处湘、鄂、两广、赣、浙、皖地区、云贵高原等高海拔山区、林区的风机叶片，较之地处北疆、内蒙、冀北山区、晋西北、东北地区，无论是覆冰时间与覆冰程度都相对严重。[0003]风机叶片覆冰最多的区域在集中叶片的迎风面，且叶尖的覆冰沉积大于叶根，结冰累积的不均匀载荷和不同的厚度结冰截面，使得叶片原有的翼型发生改变，进而影响机组输出功率。[0004]风机叶片覆冰的危害归纳起来主要有以下几点：增大了静态和动态不平衡载荷、可能会导致机组振动过大、改变了叶片的固有频率、增加疲劳载荷、增加叶片弯矩、危害人身安全。解决叶片结冰问题是风电行业世界范围内的重要课题，通过科技创新有效解决这一问题，是实现风电效益、安全双提升的根本所在。[0005]我国的学术、科研机构及风电行业也从未间断过对风机叶片防除覆冰的相关研究，公开的文献报道学术论文达几百篇之多，方法包括机械、溶液、涂层、热气、微波、振动、电热、超声波等多种除冰形式。武汉疏能新材料有限公司研制了一种dsan-s2001-dl超疏水超自洁防污防覆冰仿生涂料，具有微-纳结构和低表面能物质修饰表面粗糙结构的多级、多孔、多层的超强憎水能力，超疏水、超自洁、憎水迁移、憎水性的减弱特性、高湿环境超疏水、不结冰不覆冰或减少覆冰量、易脱冰等防污闪功能，极大提高电网外绝缘防污闪能力，有效防止因污秽、潮气及凝露引起的电网事故，主动抵御因冻雨冰雪灾害天气对电网造成的损害。武汉大学电气工程学院姚刚等为了制备超疏水性纳米复合材料并研究它对结冰的影响，利用高速搅拌和超声波分散相结合的方法，将经过偶联剂处理的纳米sio2-x均匀分散在具有疏水性能的氟化有机硅树脂中，制备出的超疏水性纳米复合涂料用于叶片防结冰。中国专利201610675902.4公开了一种用于风机叶片防抗覆冰的基于ptfe与聚酯复合膜制备方法及应用，包括采用粘接复合剂进行层压复合、界面胶施加、采用压敏胶进行光引发压敏胶施加，其中粘接复合剂由3-异氰酸甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯、醋酸乙烯酯、氨基甲酸乙酯、α-亚麻酸、过氧化苯甲酰、(4)乙氧化双酚a二甲基丙烯酸酯等组成，光引发压敏胶由聚[丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-正丁氧基甲基丙烯酰胺]共聚物、丙烯酸丁酯、(4)乙氧化双酚a二甲基丙烯酸酯、4,4'-双（二乙基氨基）二苯甲酮、二甲基甲酰胺等组成。中国专利201610670830.4公开了一种用于防抗风电叶片覆冰的纳米改性ptfe与聚酯基复合膜制备方法及应用，包括采用通过对ptfe改性的膜、层压复合和光交联粘结胶施加，由锑掺杂氧化锡纳米晶、纳米二氧化钛、纳米碳化硅、有机氟防水剂、季戊四醇三 (3 氮丙啶基) 丙酸酯组成改性剂；层压复合由3 异氰酸甲基 3,5,5 三甲基环己基异氰酸酯、醋酸乙烯酯、氨基甲酸乙酯、α 亚麻酸、(2)乙氧化双酚a二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、过氧化苯甲酰组成；光交联粘结胶由聚[丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯-正丁氧基甲基丙烯酰胺]共聚物、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸酯衍生物、光引发剂、二甲基甲酰胺组成，解决改性ptfe与聚酯基复合膜无法直接通过胶粘剂粘贴在风机叶片表面的问题。《风能》2016年09期发表的“风机叶片防覆冰技术研究分析”论文，通过在热压复合工艺作用下，制得的纳米改性ptfe膜与聚酯基织物进行高温粘接复合，制得纳米改性ptfe膜与聚酯织物复合膜，有望成为能解决风机叶片结冰这一世界难题的新一代防抗覆冰新材料和新技术。中国专利201610675902.4公开了一种用于风电叶片防抗覆冰的基于ptfe与聚酯复合膜制备方法及应用，包括采用粘接复合剂进行层压复合、界面胶施加、采用压敏胶进行光引发压敏胶施加。中国专利201610452541.7公开了一种自粘的碳纤维、钢纤维改性聚四氟乙烯材料及其制备方法用于叶片防结冰。其特征在于，使用钢纤维、碳纤维来提高聚四氟乙烯的抗拉伸强度、磨擦性能，同时利用改进过的熔融法将细的填料如sio2、al粉等在高温下烧结到聚四氟乙烯表面，改善了聚四氟乙烯的表面烧结状态，使胶接强度得到明显提高。中国专利201310018649.1公开了一种用于叶片防结冰的ptfe自粘结软性膜带的制备方法，其采用聚四氟乙烯分散树脂，加入一定量的有机硅和溶剂油，均匀混合，在50℃的烘箱中熟化12h以上；将熟化后的粉料预压成柱状毛坯；放入挤出机中挤出直径大小在20-25mm的圆形条状物料，并放在温水中进行保温，然后通过大滚筒压延机压制成薄膜，通过去油、横向拉伸、纵向拉伸和横向拉伸、定型及分切等工序，最终获得性能优异的密封行业用聚四氟乙烯膜带产品，密度范围为400-1100g/m3，拉伸强度为15-25mpa。中国专利201720057571.8公开了一种光控隔热膜用于叶片防结冰，其由内向外依次为pet膜、二氧化钛层、聚四氟乙烯膜、热熔胶层、pet基膜、抗划伤层和阻红外线层。中国专利201610990370.3公开了一种用于叶片防冰的双层纺丝膜及其制备方法，所述防冰双层纺丝膜的上层为喷有二氧化硅涂层的超疏水纺丝膜，下层为注有防冰液的亲水纺丝膜。长沙理工大学刘胜先等通过对不同结冰状态下的风机叶片动力特性的模拟实验分析，定义叶片结冰状态参数，仿真计算并得到叶片结冰状态下的特征值指标，研究了一种基于振动检测的风力机叶片覆冰状态诊断技术。金风科技开发了一种电热除冰技术方案，通过在叶片涂层内预埋碳纤维电热膜或电阻丝等加热元件，如：碳纤维、发热电阻、金属加热网、导电加热膜或其他加热元件等，与过热保护转换器、电源等组成电热防除冰系统，由电加热温度融化叶片表面结冰，达到防除冰效果。运达风电开发一种往叶片空腔内输入电加热产生的热气除冰技术，通过在叶片空腔内布置热气通气管道，在风机轮毂内加设加热装置，让热气或由其他辐射源加热的热气在通气管道内形成循环，通过叶片壳体将热量传递到叶片外表面，使叶片具有一定温度，在热气作用下使叶片间接加热，阻止过冷水滴的冻结，达到防除冰目的。[0006]综上所述，国内外对于风机叶片防除冰的技术方法归纳起来有许多种，但经实践表明，这些技术方法中，有些仅处在基理研究上，有些虽然进行过试验性应用，但都达不到防除结冰的理想效果。其中，尤其是采用电阻丝、电热风的防除冰方法，除了防除冰效果不明显，还给每支叶片增加重量达200kg，整机叶片增重达600kg，增加了风机叶片的重量荷载，提高厂用电消率达8-10%以上。如果一支叶片电加热故障或失败，整个电加热除冰系统就必须停止运行，否则就会叶片因结冰质量不同而导致配重失衡、重心严重偏移而引起故障或事故，同时还具有容易遭到雷击的安全隐患。[0007]风机叶片具有遇到潮湿空气、雨水、冰雪、过冷却水滴就会发生冻冰现象，且具有易形成覆冰，冰体坚硬、粘附力强、难以清除等特点，这种现象尤以叶片前缘部位最为严重。对于公认的具有低表面固体张力和高润滑性能的ptfe材料来说，仅仅依靠其单一的低表面固体张力和高润滑性能，仍然无法抵抗冰晶在风机叶片表面的粘附并形成覆冰，进而也达不到彻底防除风机叶片表面结冰的效果和目的。而在风电场自然环境中，叶片遭受到风雨中夹带的灰尘、冰晶 、冰雹、冻雨、雨点等颗粒物不同程度的撞击、侵蚀和雷电电弧的冲击，尤其是运行中的叶片叶尖部位的相对线速度较高（常规的2兆瓦风电机组叶片长51m米左右，运行时叶尖相对线速度达280-300km/h），所以，叶片的防抗覆冰材料必须具有较强的耐磨擦性、耐磨韧性、耐冲击强度和具有表面整体结构强度。技术实现要素：[0008]为了解决以上技术问题，本发明提供一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，将基于ptfe纳米功能复合膜在70～420℃的高温高线压力微共晶腔体内向前推送，控制ptfe膜表面线压力50～80n/m，在腔体外膜卷取辊的卷取牵引下，膜分子链收缩并产生共晶，多重微共晶分子结构相互平行排列，膜分子链间的微孔隙变成纳米级和超微米级尺寸，微共晶后的膜颜色由不透明的乳白色变成高透明度且透明度均匀一致的透明色，具有纳米级大分子聚集体以及表面平均大小10～20um、高度5～10um、间距10～20um纳米级和微米级尺寸的凹凸几何状超微结构形貌。[0009]前所述的一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，基于ptfe纳米功能复合膜以6～8m/min速度在高温高线压力微共晶腔体内向前推送。[0010]前所述的一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，基于ptfe纳米功能复合膜密度2.1kg/m³。[0011]前所述的一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，高温高线压力微共晶腔体长1.5m。[0012]前所述的一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，将基于ptfe纳米功能复合膜在380℃的高温高线压力微共晶腔体内以8m/min速度向前推送，控制ptfe膜表面线压力60n/m，在腔体外膜卷取辊的卷取牵引下，膜分子链收缩并产生共晶，多重微共晶分子结构相互平行排列，膜分子链间的微孔隙变成纳米级和超微米级尺寸，微共晶后的膜颜色由不透明的乳白色变成高透明度且透明度均匀一致的透明色，具有纳米级大分子聚集体以及表面平均大小10～20um、高度5～10um、间距10～20um纳米级和微米级尺寸的凹凸几何状超微结构形貌。[0013]技术效果：通过超高温超高压强微共晶方法增强了基于ptfe纳米功能复合膜整体结构强度，使膜更具较强耐磨擦性、耐磨韧性和耐冲击性能，解决了ptfe在高温中膜裂时发生层状剥离后的纤维结构，通过温度和线压力的作用使膜的孔隙变成小，透明度提高且透明度均匀。在保持了基于ptfe纳米功能复合膜具有超微结构表面形貌的同时，使膜具有较高耐磨擦性、耐磨韧性和耐冲击性，增强了应用在风机叶片上具有防覆冰功能的基于ptfe纳米功能复合膜的表面强度，起到整体固定作用，提高了叶片整体承载能力和抵抗侵蚀能力，消除了叶片在遭受到风雨中夹带的灰尘、冰晶 、冰雹、冻雨、雨点等颗粒物不同程度撞击、侵蚀和雷电电弧冲击而导致的安全隐患，增强了叶片抵挡外物长期侵蚀的能力，使叶片获得双重保护，避免了叶片老化、开裂，延长叶片使用寿命。具体实施方式[0014]本实施例提供的一种增强基于ptfe膜强度的高温高线压力微共晶方法，将基于ptfe纳米功能复合膜在380℃、1.5m长的高温高线压力微共晶腔体内，以8m/min速度向前推送，控制ptfe膜表面线压力60n/m，在腔体外膜卷取辊的卷取牵引下，膜分子链收缩并产生共晶，多重微共晶分子结构相互平行排列，密度2.1kg/m³，膜分子链间的微孔隙变成纳米级和超微米级尺寸，微共晶后的膜颜色由不透明的乳白色变成高透明度且透明度均匀一致的透明色，具有纳米级大分子聚集体以及表面平均大小10～20um、高度5～10um、间距10～20um纳米级和微米级尺寸的凹凸几何状超微结构形貌。[0015]对上述制备获得的基于ptfe膜的5个试样进行各项性能测试，结果如下：（1）膜平均厚度100um；（2）膜平均重量210g/m2；（3）胶粘接剥离力50n，180°粘接剥离强度1000n/m；（4）通过14400h的氙灯老化测验、冻融循环性能测验（温度：-60℃～150℃，湿度：5～98%）、臭氧老化测验、紫外线老化测验、人造气氛腐蚀与海盐溶液浸泡测验，老化前后的抗拉强度平均值25mpa，伸长率平均值＞90%,均未发生老化现象；（5）采用gb/t 9266-2009“建筑外墙涂料涂层耐洗刷性的测定”方法，经37次／min循环往复磨擦40000次后，膜表面未见毛糙现象，未观察到破损至露出底材现象，具有较强耐磨损性；（6）采用动风压测验平台模拟36.9m/s风速（12级台风）进行动风压测验耐雨水冲刷性能，经1000h强风速吹水测验，膜表面未见毛糙现象，具有优良的耐雨蚀性能；（7）采用扫描电镜sem对膜表面形貌进行测验，膜表面形貌表现为经纬方向均匀分布着平均大小20～40um、高度10～20um、间距30～50um微米级微形凹凸表面结构；（8）采用水接触角测试仪测得的膜表面水珠接触角为115.89°～125.46°之间；（9）采用表面粗糙度仪测得的膜表面粗糙度平均为值0.18um。[0016]综上，本发明是解决基于ptfe聚酯复合膜无法通过胶粘剂直接粘贴在风电叶片表面的不粘附性问题，将ptfe制备成具有多重纳米级和微米级尺寸凹凸几何状超微结构形貌的膜材料，结合ptfe本身具有的低表面固体张力和高润滑的不粘附性能，形成具有抗粘附防除冰双重功能的基于ptfe纳米功能复合膜，粘贴在风机叶片表面，提高了粘接剥离强度，可用于各种型号的风电叶片的防抗结冰，能真正抵御雨雪冰冻在风机叶片表面的结冰。增强了基于ptfe纳米功能复合膜的整体结构强度，使应用在各种类风电机组叶片表面的基于ptfe纳米功能复合膜具有较高耐磨性、耐腐蚀性、抗老化性，增强了叶片整体表面强度，提高了叶片的整体承载能力和抵御外物的侵蚀能力，消除了叶片老化、开裂等安全隐患。可直接应用于制备海上风电、海上平台的钢管桩防海洋污损生物粘附、高压输电铁塔的防积雪结冰、桥梁（斜拉索、悬索）的防积雪结冰的基于ptfe膜材料上。[0017]除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。