Способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе птфэ и ее применение
Владельцы патента RU 2784365:
ЧАЙНА СРИ ГОДЖЕС КОРПОРЕЙШН (CN)
ЧАЙНА СРИ ГОДЖЕС РЕНЬЮВАБЛЗ (ГРУП) КО., ЛТД. (CN)
НАНКИН ХАОХУЭЙ ХАЙ ТЭК КО., ЛТД. (CN)
Изобретением предусмотрен способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и ее применение, и оно относится к технической области полимерных композитов. Мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ может быть применена для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях различных типов ветрогенераторов зимой, а также для обеспечения стойкости к коррозии лопастей ветрогенератора вследствие солевого тумана и, вместе с этим, может улучшить аэродинамические характеристики аэродинамических профилей лопасти ветрогенератора, а также повысить общую прочность поверхности лопасти и защитить лопасть от эрозии вследствие старения, и она представляет собой многофункциональный новый материал композитной мембраны нового поколения, применение которого может быть непосредственно расширено и осуществляться в промышленных областях для предотвращения прилипания и коррозии вследствие морских организмов, прилипающих к стальным трубчатым сваям морских ветроэлектростанций и морских платформ, для предотвращения обрастания снегом и обледенения высоковольтных опор линий электропередач и кабелей, защиты мостов от обрастания снегом и обледенения (вант мостов и несущих тросов) и т.п. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Изобретение относится к технической области полимерных композитов, в частности, к способу получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) и ее применению.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] «Зеленая и гармоничная» ветроэнергетика представляет собой чистую энергию с огромным ресурсным потенциалом и является в целом проверенной технологией, а также играет важные роли в оптимизации структуры энергии, снижении и выбросе парниковых газов, сдерживании изменений климата и т.п. Китай является первой страной, имеющей установленную мощность энергии ветра, составляющую более 200 миллионов киловатт по всему миру. Очевидно, что ветроэнергетика была ключевым замыслом продвижения преобразования энергии в Китае, важным способом сдерживания изменений климата, существенной мерой по реализации экологического приоритета и экологического развития, а также важным средством для глубокого продвижения революции в выработке и потреблении энергии, а также содействия в предотвращении и контроле загрязнения атмосферы в Китае.
[0003] Однако, как правило, имеют место тормозящие события, вызываемые обледенением лопастей ветрогенератора вследствие холодного климата, а также бедствиями, связанными со снегом и льдом. Имеющиеся данные демонстрируют, что при особых погодных условиях, например, когда температура близка к 0°С и она сопровождается высокой влажностью, такой как дождь, вызывающий гололед, или дождь со снегом, лопасти ветрогенератора легко покрываются льдом. Немецкая компания Ender (Nordex) исследует климатические условия в Европе и Северной Америке и, по ее мнению, регионы с температурой ниже 0°С составляют приблизительно половину областей Европы и Северной Америки, при этом все лопасти ветрогенераторов, находящиеся на материковой части Европы и в Северном море, а также на востоке Соединенного Королевства, ежегодно претерпевают серьезное обледенение в течение приблизительно одного зимнего месяца. Явное обледенение зимой происходит за территории Альп, и явление обледенения также имеет место зимой на территории восточной Европы. Западное побережье Северной Америки подвергается воздействию холодного калифорнийского течения, что вызывает серьезные проблемы обледенения в штатах Калифорния, Орегон и других регионах с наибольшей установленной мощностью в Соединенных Штатах. Ветрогенераторы, находящиеся в области Великих Озер в Соединенных Штатах, претерпевают явное обледенение зимой вследствие высокой влажности озерного бриза.
[0004] Китай является страной с наибольшими установленными ветроэнергетическими мощностями в мире, что схожим образом составляет в достаточной степени нерешенную проблему обледенения на поверхности лопасти ветрогенератора. Явное явление обледенения лопасти ветрогенератора имеет место в течение всей зимы в таких регионах, как северный Синьцзян, Внутренняя Монголия, горные регионы северного Хэбэя, северо-западный Шеньси, северо-восточные области, Юньнань, Гуйчжоу, Сычуань, Чунцин, Хубэй, Хунань и Цзянси. В случае ветрогенераторов, находящихся в регионах с холодным климатом и высокогорных лесистых регионах, вследствие высокой влажности окружающего атмосферного воздуха в сочетании с низкой температурой зимой, а также большой разницей между дневной и ночной температурой, период с конца ноября по февраль-март следующего года, в особенности при холодных погодных условиях поздней весной на юге Китая, является периодом частого обледенения лопастей. Во всех случаях, когда имеет место погода со снегом и дождем, температура составляет приблизительно 0°С, а снегопад является обильным, детали, которые повергаются внешнему воздействию, такие как лопасти ветрогенераторов и анемометры, могут быть покрыты большим количеством влажных смесей дождя и снега, общая толщина которых составляет более 10 см. По мере снижения температуры, смесь дождя со снегом на лопасти ветрогенератора начинает замерзать, а выходная мощность ветрогенератора постепенно снижается, приводя к тому, что нормальная выходная мощность при текущей скорости ветра не может быть достигнута. В частности, время и степень обледенения лопастей ветрогенераторов в высокогорных областях и лесистых регионах, таких как Хунань, Хубэй, Гуандун, Цзянси, Чжэцзян, Аньхой и Юньнань-Гуйчжоуское нагорье, являются достаточно серьезными по сравнению с таковыми в северном Синьцзяне, Внутренней Монголии, горных областях северного Хэбэя, северо-западного Шеньси и северо-восточных регионов.
[0005] Часть лопасти ветрогенератора с наиболее обильным обледенением сосредоточена на ее наветренной стороне и количество отложений льда на конце лопасти больше, чем в основании лопасти, при этом неравномерная нагрузка, являющаяся совокупностью обледенения и обледеневших секций разной толщины, меняет исходный аэродинамический профиль лопасти и впоследствии влияет на выходную мощность ветрогенератора.
[0006] Факторы опасности обледенения лопасти ветрогенератора подытожены следующим образом: увеличение статических и динамических несбалансированных нагрузок, возможное возникновение слишком сильной вибрации ветрогенератора, изменение собственной частоты лопасти, увеличение усталостной нагрузки, увеличение изгибающего момента лопасти и угроза личной безопасности. Решение проблемы обледенения лопасти является важной темой в ветроэнергетической промышленности по всему миру. Эта проблема может быть эффективным образом решена за счет научной и технологической инновации, которая является фундаментальным принципом для реализации двустороннего продвижения эффективности ветроэнергетики и безопасности.
[0007] Зарубежными научно-исследовательскими институтами и ветроэнергетическими промышленными предприятиями проводились соответствующие исследования в отношении предотвращения обледенения и удалении технических материалов лопастей ветрогенератора. В результате проведения поиска по зарубежным авторитетным базам данных, релевантным веб-сайтам и общедоступным публикациям было обнаружено, что в патенте Японии JP2003113254 представлено изобретение, представляющее собой покрытие лопасти ветрогенератора. В данном патенте применяются полифторэтилен, поливинилиденфторид, сухой лед, угольный порошок, тунговое масло, поливинилформаль, полиэфирамид, соломенный порошок, консервант, диспергатор, выравнивающее средство и т. п. в качестве сырьевых материалов для формирования покрытия из пористой супергидрофобной мембраны из поливинилиденфторида для достижения хорошей противообледенительной эффективности. В международной заявке на выдачу патента WO 2006058233 раскрыта самоочищающаяся антиотражающая мембрана, составленная из гомогенного двойного слоя SiO2 (диоксида кремния) и политетрафторэтилена, а также способ получения для предотвращения обледенения лопастей. Эта антиотражающая мембрана составлена из плотного слоя диоксида кремния, пористого слоя наностержней из диоксида кремния и политетрафторэтиленового наностержня. Способ получения антиотражающей мембраны заключается в следующем: три слоя плотного диоксида кремния, пористого диоксида кремния и композитных ПТФЭ-мембран из наностержней с постепенно уменьшающимися показателями преломления последовательно наносят на прозрачную или полупрозрачную подложку путем применения способа электронно-лучевого испарения. В патенте США US 20170028361 раскрыта композитная ПФСК/ПТФЭ-мембрана для предотвращения обледенения лопастей, содержащая: разведение вещества перфторсульфоновой кислоты в водном растворе органического спиртового растворителя с низкой точкой кипения; затем, добавление органического растворителя с высокой точкой кипения и золя кремниевой кислоты в раствор с получением раствора смолы для получения мембраны; установка для формирования мембраны приводит в движение основу мембраны-растянутую микропористую ПТФЭ-мембрану на опорном валике установки для формирования мембраны, основу мембраны сначала погружают в раствор смолы низкой концентрации, а затем сушат при 40-100°С, высушенную основу мембраны продолжают погружать в раствор высокой концентрации, а затем сушат при 40-100°С, и после этого основу мембраны повторяемым образом погружают в раствор высокой концентрации и сушат до достижения определенной толщины композитной мембраны, затем композитную мембрану сушат и придают ей размер в печи при 120-200° с получением готовой композитной мембраны. В европейском патенте EP 767330 раскрыт композит, содержащий пористую ПТФЭ-мембрану для защиты лопастей от обледенения, при этом промежуточная ПТФЭ-мембрана, включенная в пористую ПТФЭ-мембрану, имеет размер пор от приблизительно 2 нм до приблизительно 20 нм, и пористую ПТФЭ-мембрану вставляют и связывают между пористыми фторполимерными мембранами с большим размером пор. В патенте CN 01821500 , принадлежащем Denmark Vestas Wind System Co., Ltd., представлено изобретение, представляющее собой способ противообледенительной обработки лопастей ветрогенератора, ветрогенератор и способ его применения. Способ применяют для удаления льда с лопастей ветрогенератора после того, как ветрогенератор находился в состоянии простоя в течение некоторого периода времени, путем применения способа, при котором лопасти приводят в состояние ускорения, а затем приводят в состояние замедления для сброса льда с лопастей. Однако в случае крупногабаритных ветрогенераторов, основания лопастей имеют малую амплитуду и, следовательно, это решение трудно поддается реализации.
[0008] Академическими и научно-исследовательскими институтами, а также ветроэнергетическими промышленными предприятиями в Китае, постоянно проводились соответствующие исследования в части предотвращения и удаления льда с лопастей ветрогенератора. Существуют сотни научных статей, представленных в раскрытых документах, способы в которых включают в себя такие виды противообледенительной обработки, как применение механической обработки, раствора, покрытия, горячего газа, микроволн, вибрации, электрического нагревания, ультразвуковых волн. Для получения супергидрофобных нанокомпозитов и исследования их воздействия на обледенение, Yao Gang и соавт. из Электротехнической школы Уханського университета применяли способ, сочетающий в себе высокоскоростное встряхивание и ультразвуковое диспергирование для равномерного диспергирования нано-SiO2-x, обработанного связующим средством, во фторированной органосиликоновой смоле, обладающей гидрофобными свойствами. Полученную краску из супергидрофобного нанокомпозита применяют для предотвращения обледенения. В патенте Китая 201610675902.4 раскрыт способ получения и применения композитной мембраны на основе ПТФЭ и сложного полиэфира для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях ветрогенератора; при этом способ получения включает ламинирование и объединение со связующим средством объединения, применение адгезива к границе и применение фотостимулированного адгезива, чувствительного к давлению, с адгезивом, чувствительным к давлению, причем связующее средство объединения состоит из 3-метилизоцианат-3,5,5-триметилциклогексилизоцианата, винилацетата, уретана, α-линоленовой кислоты, бензоилпероксида, (4) бисфенол A диметакрилат этоксида и т.п., а фотостимулированный адгезив, чувствительный к давлению, состоит из сополимера поли[бутилакрилат-глицидилметакрилат-н-бутоксиметакриламида], бутилакрилата, (4) бисфенол A диметакрилат этоксида, 4,4’-бис(диэтиламино) бензофенона, диметилформамида и т. п.; при этом решается техническая проблема отсутствия адгезии, заключающаяся в том, что композитная мембрана на основе ПТФЭ и сложного полиэфира не может быть наклеена непосредственно на поверхность лопасти ветрогенератора с помощью адгезивного средства, тем самым улучшая связывание и прочность на отслаивание; полученная композитная мембрана на основе ПТФЭ и сложного полиэфира может быть применена для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на различных моделях лопастей ветрогенератора. В патенте Китая 201610670830.4 раскрыт способ получения наномодифицированной композитной мембраны на основе ПТФЭ и сложного полиэфира для предотвращения образования льда на лопастях ветрогенератора и ее применение; способ получения включает применение ПТФЭ-модифицированной мембраны, ламинированной смеси и нанесение поперечно сшивающего связывающего фотоадгезива, модификатор состоит из нанокристаллов из легированного сурьмой оксида олова, диоксида нанотитана, нанокарбида кремния, влагостойкого средства из органического фтора, пентаэритрит трис(3-азиридинил)пропионата, ламинирующее и объединяющее средство состоит из 3-метилизоцианата-3,5,5-триметилциклогексилизоцианата, винилацетата, этилкарбамата, α-линоленовой кислоты, (2) этоксилированного бисфенол A диметакрилата, триметилолпропан триметилакрилата и бензоилпероксида; поперечно сшивающий связывающий фотоадгезив состоит из сополимера поли[бутилакрилат-глицидилметакрилат-н-бутоксиметакриламида], винилацетата, бутилакрилата, производной акрилата, фотоинициатора и диметилформамида; при этом решается проблема, заключающаяся в том, что композитная мембрана на основе ПТФЭ и сложного полиэфира не может быть наклеена непосредственно на поверхность лопасти ветрогенератора с помощью адгезивного средства. В статье «ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЛОПАСТЕЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОРА», опубликованной в журнале «Ветроэнергетика» в сентябре 2016 г., полученную наномодифицированную ПТФЭ-мембрану связывают и объединяют с тканью из сложного полиэфира при высокой температуре под действием процесса объединения тепловым прокатыванием, при этом ожидается, что полученная наномодифицированная ПТФЭ-мембрана и композитная мембрана из ткани из сложного полиэфира станет новым противообледенительным материалом и технологией нового поколения для решения проблемы обледенения лопастей ветрогенератора. В патенте Китая 201610675902.4 раскрыт способ получения композитной мембраны из ПТФЭ и сложного полиэфира для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях ветрогенератора и ее применение; при этом способ получения включает ламинирование и объединение со связывающим средством объединения, применение адгезива к границе и применение фотостимулированного адгезива, чувствительного к давлению, с адгезивом, чувствительным к давлению. В патенте Китая 201610452541.7 раскрыт самоклеящийся модифицированный политетрафторэтиленовый материал из углеродного волокна и стального волокна, а также способ его получения; модифицированный политетрафторэтиленовый материал из углеродного волокна и стального волокна применяют для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях; стальное волокно и углеродное волокно применяются для улучшения прочности на растяжение и фрикционной характеристики политетрафторэтилена; кроме того, тонкие наполнители, такие как порошок SiO2 и Al спекают к поверхности политетрафторэтилена при высокой температуре путем применения усовершенствованного способа плавления, тем самым улучшая состояние политетрафторэтилена для спекания поверхности, а также существенно увеличивая прочность связывания. В патенте Китая 201310018649.1 раскрыт способ получения самоклеящейся мягкой мембранной ленты из ПТФЭ для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях; при этом в способе получения применяют политетрафторэтиленовую дисперсионную смолу, добавляют и равномерно перемешивают силикон и масло-растворитель в некоторых количествах, и смесь выдерживают в печи при 50°С в течение более 12 ч; выдержанный порошок предварительно прессуют в цилиндрическую заготовку; заготовку помещают в экструдер для получения круглого полосообразного материала диаметром 20-25 мм, и круглый полосообразный материал выдерживают в теплой воде, а затем прессуют мембрану через устройство для каландрирования с барабанами большого размера; в конце получают изделие в виде политетрафторэтиленовой мембранной ленты, обладающее превосходными рабочими характеристиками для уплотнительной отрасли, за счет таких процедур, как удаление масла, поперечное растяжение, продольное растяжение, продольное растяжение и поперечное растяжение, придание размеров и продольная резка, при этом оно обладает плотностью в диапазоне 400-1100 г/м3 и прочностью на растяжение 15-25 МПа. В патенте Китая 201720057571.8 раскрыта оптически контролируемая теплоизоляционная мембрана для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях, которая содержит ПЭТ-мембрану, слой диоксида титана, политетрафторэтиленовую мембрану, слой термопластичного адгезива, основу из ПЭТ-мембраны, стойкий к механическим повреждениям слой и стойкий к инфракрасным лучам слой, которые расположены друг за другом в направлении изнутри наружу. В патенте Китая 201610990370.3 раскрыта двухслойная витая мембрана для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях и способ ее получения; верхний слой противообледенительной двухслойной витой мембраны представляет собой супергидрофобную витую мембрану с покрытием диоксида кремния, нанесенным на нее распылением, а нижний слой представляет собой гидрофильную витую мембрану, в которую введен противообледенительный раствор. Liu Shengxian и соавт. из Технологического Университета Чанша исследовали технологию диагностики состояния обледенения лопастей ветрогенератора, основанную на обнаружении вибрации, путем анализа имитационного эксперимента динамических характеристик лопастей ветрогенератора в различных состояниях обледенения, определения параметров состояния обледенения лопастей, имитации и вычисления индексов характеристических значений лопастей в состоянии обледенения. Компанией «Goldwind technology» было разработано технологическое решение электротепловой противообледенительной обработки, в котором нагревательные элементы, такие как электротепловая мембрана из углеродного волокна или проволока сопротивления встроены в покрытие лопасти, например, углеродное волокно, нагревательные резисторы, металлические нагревательные сети, проводящая нагревательная мембрана или другие нагревательные элементы, и оно составляет электротепловую систему предотвращения обледенения вместе с преобразователем для защиты от перегрева и источником питания для оттаивания льда на поверхности лопасти за счет температуры электрообогрева для достижения противообледенительного эффекта. Компания «Yunda wind power» разрабатывает технологию противообледенительной обработки горячим газом, реализуемую путем ввода электрообогрева в полость лопасти. Благодаря размещению вентиляционных труб с горячим газом в полости лопасти и добавлению нагревательного устройства в ступицу ветрогенератора, горячий газ или горячий газ, нагреваемый другими источниками излучения, циркулирует по вентиляционной трубе, а тепло передается к внешней поверхности лопасти через обшивку лопасти, так что лопасть имеет определенную температуру, лопасть непрямым образом нагревается под действием горячего газа для предотвращения замерзания переохлажденных капель воды и достигается цель предотвращения обледенения.
[0009] Резюмируя, существует много местных и зарубежных технических способов предотвращения образования и удаления льда с лопастей ветрогенератора, однако практика показывает, что среди этих технических способов некоторые из них находятся лишь на стадии исследования механизма, а в некоторых из них не может быть достигнут идеальный эффект предотвращения образования и удаления льда несмотря на то, что они проходят тестовое испытание. При этом, особенно в случае электротеплового способа предотвращения и удаления льда на проволоках сопротивления и обмотке электрообогрева, помимо неочевидности эффекта предотвращения образования льда и его удаления, данный способ увеличивает вес каждой лопасти на 200 кг, вес лопастей всей установки увеличивается на 600 кг, что увеличивает весовую нагрузку на лопасть ветрогенератора, а норма потребления электричества предприятием увеличивается на более, чем 8-10%. Если в одной лопасти произойдет сбой электрообогрева или к ней не будет поступать тепло от электричества, работу всей системы для удаления льда путем электрообогрева необходимо будет остановить, иначе качественные характеристики лопастей будут отличаться вследствие обледенения, приводя к дисбалансу веса и серьезному смещению центра тяжести, что вызовет сбои или аварии и, между тем, возникновение аварии в части безопасности из-за удара молнии в электротепловую систему для предотвращения и удаления льда, состоящую из проволок сопротивления.
[0010] Лопасть ветрогенератора характеризуется тем, что она замораживается и покрывается льдом при воздействии на нее влажным воздухом, дождем, солевым туманом, льдом и снегом, а также переохлажденными каплями воды, при этом образуемая ледяная масса является твердой, а также ее связывающее усилие является высоким и она трудно поддается удалению, и т. п. В то же время, лопасть сталкивается с частицами и в различной степени подвергается действию коррозии вследствие таких частиц, как пыль, ледяные кристаллы, град, ледяной дождь и дождевые капли, увлекаемые ветром и дождем, в особенности при относительно высокой линейной скорости конца лопасти в рабочем состоянии (относительная скорость конца лопасти длиной 51 м составляет 280-300 км/ч), трении этих веществ о поверхность лопасти, а также воздействии грозового воротника.
[0011] Таким образом, материал лопасти ветрогенератора, предотвращающий обледенение, обладает не только низким натяжением на твердой поверхности и высокой смазывающей способностью, а также сверхнизким поверхностным натяжением и неадгезивными характеристиками в сочетании с множественными нано- и микронными вогнуто-выпуклыми геометрическими ультраструктурными морфологиями поверхности, но также высокой износостойкостью, сопротивлением излому и ударопрочностью. Следовательно, признается, что ПТФЭ обладает низким натяжением на твердой поверхности и высокой смазывающей способностью, но он по-прежнему не может мешать прилипанию ледяных кристаллов к поверхности лопасти ветрогенератора, образуя обледенение. Данное явление является наиболее серьезным на ведущей кромке лопасти и, следовательно, идеальный эффект и назначение, заключающееся в полном предотвращении и удалении обледенения на поверхности лопасти ветрогенератора, не реализуются. Если ПТФЭ модифицирован, то низкие характеристики поверхностного натяжения полученной мембраны на основе ПТФЭ существенно снижаются, а эффект функции отсутствия прилипания, заключающийся в предотвращении обледенения на лопасти, также существенно снижается. Если ПТФЭ не модифицирован, то полученная мембрана на основе ПТФЭ не может быть непосредственно и плотно наклеена на поверхность лопасти ветрогенератора.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Для решения указанных выше проблем, изобретением предусмотрен способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, включающий следующие этапы, на которых:
[0013] (1) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством полимеризации слиянием и микрополимеризации мономеров
[0014] 1) получают стержень путем перемешивания, предварительного прессования и проталкивания
[0015] ПТФЭ-смолу пропитывают винил силиконовым маслом, обладающим функцией смягчения ПТФЭ, пропитанную ПТФЭ-смолу перемешивают и выполняют горячее предварительное прессование и горячее проталкивание при температуре 60-90°С со скоростью 20-30 м/мин под давлением 5-8 МПа с получением материала стержня из ПТФЭ с полимеризованным мономером;
[0016] 2) получают мембрану посредством горячего каландрирования и полимеризации слиянием
[0017] полученный материал стержня из ПТФЭ подвергают полимеризации слиянием под действием горячего каландрирования при температуре горячего каландрирования 60-90°С со скоростью 20-30 м/мин, а часть винил силиконового масла, замешанную в ПТФЭ-смоле и обладающую эффектом полимеризации мономеров, экструдируют с помощью установки для горячего каландрирования с получением мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с микронными порами;
[0018] мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ имеет толщину 100-120 мкм и молочно-белый цвет, а морфология поверхности мембраны является такой, что вогнуто-выпуклая структура поверхности микронного масштаба со средним размером 20-40 мкм, высотой 10-20 мкм и шагом 30-50 мкм равномерно распределена в продольном и поперечном направлении;
[0019] 3) получают гомогенную мембрану посредством микрополимеризации
[0020] мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с вогнуто-выпуклой структурой поверхности микронного масштаба подвергают микрополимеризации в обезжиривающей печи при температуре 180-200°С со скоростью 6-8 м/мин, а часть винил силиконового масла, которая не экструдирована установкой для горячего каландрирования и замешана в ПТФЭ-смоле для полимеризации мономеров, полимеризуют под действием температуры для затвердевания в ПТФЭ-смоле с получением гомогенной мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, которая сматывается под действием тягового усилия, вызываемого вращением валика, размещенного за пределами обезжиривающей печи;
[0021] (2) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением
[0022] температуру в полости для высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением устанавливают на 70-420°С, мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ расстилают на кронштейне пассивного валика в полости, вытягивают путем применения равномерного усилия, вырабатываемого при вращении валика, расположенного за пределами полости, для проталкивания вперед со скоростью 6-8 м/мин, при этом молекулярная цепь мембраны усаживается за счет высокой температуры в полости и образуются эвтектики, а микропоры становятся нанопорами и супермикронными порами, линейное давление поверхности ПТФЭ-мембраны контролируют на 50-80 Н/м, так что ширина мембраны усаживается, плотность мембраны увеличивается, а эвтектика с мембраной с усаженной шириной и увеличенной плотностью меняет цвет с молочно-белого на прозрачный и становится равномерной прозрачной, а также имеет макромолекулярные наноагрегаты и нано- и микронные вогнуто-выпуклые геометрические ультраструктурные морфологии поверхности со средним размером поверхности 10-20 мкм, высотой 5-10 мкм и шагом 10-20 мкм; и
[0023] (3) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством активации поверхности на наноглубине
[0024] после покрытия функциональных поверхностей нано- и микронных вогнуто-выпуклых геометрических ультраструктурных морфологий поверхности мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ полиэтиленовой (ПЭ) мембраной, одну поверхность мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с нанесенным на нее связывающим адгезивом подвергают активации поверхности в вакуумной среде и в атмосфере среды азотно-водородной смеси при температуре ниже 40°С со скоростью 1,5-3 м/мин, так что на поверхности проклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ формируется активированный структурный слой с наноглубиной; связывающий адгезив наносят на поверхность мембраны с активированным структурным слоем, так что между характеристическими группами адгезива и активированным структурным слоем мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ происходит химическое связывание с формированием комплекса мембрана-адгезив.
[0025] Технические результаты заключаются в следующем: на основе полного использования свойств низкого поверхностного натяжения материала ПТФЭ, применяют технологию полимеризации мономеров слиянием и микрополимеризации для получения мембраны с множественными нано- и микронными вогнуто-выпуклыми геометрическими ультраструктурными морфологиями поверхности, так что поверхность мембраны имеет ультранизкое поверхностное натяжение и не имеет адгезивной способности; технологию высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением применяют для увеличения структурной прочности мембраны, так что мембрана обладает высокой износостойкостью, сопротивлением излому и ударопрочностью; технологию активации поверхности на наноглубине применяют для возникновения химического связывания между мембраной и связывающим адгезивом, при этом прочность адгезии и длительность связывающего усилия отслаивания и связывающего усилия повышаются; в то же время, что касается эксплуатационных характеристик, требования к эксплуатации и условия применения мембраны на основе ПТФЭ, высокопрочного холодного наклеивания и связывающего адгезива с функцией холодного наклеивания «индивидуализируются». Адгезив наносят на поверхность мембраны с активированной структурой с помощью устройства для объединения мембраны и адгезива для прямого холодного наклеивания и связывания, мембрану прикрепляют к лопасти ветрогенератора, после этого адгезив всегда находится в вязком состоянии, а также обладает прочностью связывания и длительным усилием связывания и усилием отслаивания.
[0026] Техническое решение, представленное в изобретении, дополнительно определяется следующим образом:
[0027] В представленном выше способе получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, связывающий адгезив получают и применяют следующим образом:
[0028] 0,2 кг ПВА-1788, 18 кг бутилакрилата, 0,5 кг акриловой кислоты, 1,0 кг винилацетата, 1,0 кг метилметакрилата, 1,5 кг силиконового мономера, 0,01 кг ТО-7, 0,01 кг натрия додецилбензолсульфоната, 0,05 кг бензоилпероксида и 80 кг воды добавляют в приготовительную емкость для реагирования в течение 5 ч при 85°С, полученный в результате продукт вакуумируют и обезвоживают для получения лентообразной чувствительной к давлению ленты с содержанием твердых веществ 18,7%, при этом чувствительную к давлению ленту объединяют с прокладочной бумагой и затем наматывают на сердечник ПВХ-трубы;
[0029] связывающую ленту непосредственно переносят и объединяют с функциональной поверхностью связывания мембраны, которая имеет активированный структурный слой мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, с помощью устройства для объединения мембраны и адгезива.
[0030] В представленном выше способе получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, устройство для объединения мембраны и адгезива содержит расширяющийся вал сердечника трубы, обладающий функцией тяги мембраны и ленты, 1 комплект прижимных валиков для объединения мембраны и адгезива, расширяющийся вал сердечника трубы для ленты, вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, а также 4 вращающихся валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, при этом расширяющийся вал сердечника трубы, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющийся вал сердечника трубы для ленты, приводятся в действие двигателем, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива расположены косо над расширяющимся валом сердечника трубы под углом раскрытия 45°С, при этом зазор между 2 прижимными валиками задан в виде общей толщины после объединения толщины мембраны и толщины адгезива, при этом вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки не приводятся в действие двигателем, и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки расположены в виде ~ -образной формы с двумя валиками вверху, а другими двумя валиками внизу.
[0031] В представленном выше способе получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, перед объединением мембраны и адгезива стержень трубы для мембраны надевают на расширяющийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, не приводимый в действие двигателем, верхнюю часть мембраны протягивают до сердечника ПВХ-трубы на расширяющемся валу сердечника трубы для мембраны, приводимом в действие двигателем, а также наклеивают и фиксируют с помощью бумажной ленты, одновременно мембрану плотно прижимают к поверхности вращающихся валиков для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, ленту наматывают на расширяющийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, приводимый в действие двигателем, и секцию ленты вытягивают для наклеивания на поверхность мембраны, которая имеет активированный структурный слой;
[0032] после объединения мембраны и адгезива, двигатели, имеющие одну и ту же скорость вращения, настраивают на приведение в действие расширяющегося вала сердечника трубы, прижимного валика для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющегося вала сердечника трубы для ленты, и двигатели запускают синхронно; расширяющийся вал сердечника трубы для ленты ослабляет намотанную ленту под действием двигателя, а прижимной валик для объединения мембраны и адгезива прокатывает и объединяет мембрану и адгезив под действием двигателя, расширяющийся вал сердечника трубы наматывает объединенную мембранно-адгезивную композитную мембрану на стержень ПВХ-трубы за счет тягового усилия, вырабатываемого приводом двигателя, и, между тем, мембрана, плотно прижатая к поверхности вращающегося валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, соответственно, не сморщивается под действием некоторого тягового усилия, таким образом, весь процесс объединения мембраны и адгезива завершается.
[0033] Другая задача изобретения заключается в представлении применения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ. Для применения на лопастях ветрогенератора, введенного в эксплуатацию, в высокогорных районах, мембрану наклеивают, при этом конец лопасти располагают перпендикулярно поверхности земли и параллельно корпусу башни ветрогенератора, при этом лопасть проходит через срединную часть высотной подвесной гондолы, наклеивание мембраны выполняют с помощью способа резки, сращивания и наклеивания, а также способа наматывания и наклеивания, которые выполняются одновременно четырьмя людьми, один из четырех человек отвечает за расстилание мембраны и выравнивание по опорной линии наклеивания, один из четырех человек отвечает за конечное разглаживание мембраны при наклеивании, один из четырех человек отвечает за удаление воздуха, находящегося между мембраной и базовым слоем лопасти, и за связывание с помощью скребка для наклеивания, а один из четырех человек отвечает за взаимодействие между поставщиками услуг логистики и сборки, в частности:
[0034] (1) полировка поверхности лопасти
[0035] поверхность лопасти делают ровной и ей придают конечный вид посредством обработки с помощью ручной полировальной машины и одновременно удаляют часть старого покрытия на поверхности базового слоя для удовлетворения требуемым условиям наклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ; и
[0036] (2) наклеивание мембраны
[0037] 1) резка, сращивание и наклеивание на конце лопасти
[0038] мембрану режут по горизонтали вдоль угла атаки, отклонения и кривизны аэродинамического профиля, начиная от передней кромки конца лопасти по ширине мембраны, при этом каждую мембрану режут отдельно на мембрану, соответствующую аэродинамическому профилю, углу атаки, отклонению и размеру, а затем отрезанную мембрану наклеивают;
[0039] при наклеивании мембраны, мембрану наклеивают от поверхности SS задней кромки к поверхности PS передней кромки, при этом мембрана на поверхности PS передней кромки должна быть перекрыта внахлест мембраной на поверхности SS задней кромки, и две мембраны должны располагаться по горизонтали в шахматном порядке внахлест и не располагаться в одном и том же положении;
[0040] 2) наматывание и наклеивание
[0041] когда аэродинамический профиль, длина хорды, отклонение, кривизна и величина угла лопасти пригодны для наматывания и наклеивания, выполняют наклеивание таким способом, при котором мембрана горизонтально наматывается на лопасть,
[0042] когда мембрана намотана и наклеена, мембрану расстилают, прокладочную бумагу на поверхности отрывают и мембрана входит между прижимными валиками инструмента для наклеивания мембраны, к мембране прилагают тяговое усилие путем выполнения тяги вручную и прокладочную бумагу отрывают во время наматывания и наклеивания мембраны;
[0043] вертикальную и горизонтальную кромку последней мембраны, наклеенной на конец лопасти, используют в качестве опорной линии для наматывания и наклеивания, и мембрану медленно расстилают для наматывания и наклеивания путем выравнивания по опорной линии, при этом воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, равномерно удаляют с помощью скребка для наклеивания мембраны по ширине всей мембраны от исходного положения до задней части наклеенной поверхности, а именно, в направлении не расстеленной мембраны, при этом мембрана с нажимом и плотно наклеивается на поверхность лопасти, а воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, должен быть полностью удален; на верхнем слое мембраны прижатием внахлест размещают поверхность нахлеста части нахлеста нижнего слоя мембраны, а именно, намотанная и наклеенная мембрана должна располагаться внахлест на наклеенной мембране на конце лопасти и все горизонтальные участки нахлеста мембраны, а именно, стыки между мембранами, расположены на поверхности SS задней кромки лопасти;
[0044] 3) обработка мембраны на молниеотводе лопасти
[0045] мембрану наносят и наклеивают непосредственно с поверхности молниеотвода, перед завершением наклеивания всей мембраны, мембрану, покрывающую молниеотвод, отрезают и извлекают поочередно для того, чтобы обнажить молниеотвод, и мембрану на шве уплотняют и ровняют;
[0046] 4) расположение мембраны внахлест и обработка стыка
[0047] внимательно проверяют, является ли плотным наклеивание в положении нахлеста, и если нахлест не плотный, то оперативно выполняют разравнивание и уплотнение для предотвращения складок, вздутий, вспучивания и неровностей;
[0048] 5) восстановление поврежденной мембраны
[0049] если мембрана была поцарапана во время сборки, отрезают мембрану полной ширины и по горизонтали наматывают и наклеивают на поверхность всей поцарапанной части для восстановления.
[0050] В приведенном выше применении мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, при выполнении резки, сращивания и наклеивания на конце лопасти, горизонтальная ширина нахлеста мембраны (стык двух мембран) составляет 150-200 мм, кромку наклеенной первой мембраны используют в качестве опорной линии, выполняют нахлест второй мембраной и прижимают к стыку первой мембраны на 150-190 мм, а ширина продольного нахлеста мембраны на кромке составляет 10-40 мм.
[0051] В представленном выше применении мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, при наматывании и наклеивании мембраны, ширина горизонтального нахлеста составляет 10-40 мм.
[0052] В представленном выше применении мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания, сильное растягивание мембраны по горизонтали запрещено для предотвращения образования складок мембраны после растягивания, при этом мембрана должна наклеиваться в естественном и гладком состоянии.
[0053] В представленном выше применении мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания, и когда мембрана имеет складки и углубления или мембрана является неравномерной или деформирована вследствие отсутствия выравнивания по опорной линии, всю расстеленную мембрану медленно поднимают до места образования складки и углубления, а затем мембрану повторно наклеивают во избежание воздействия на качество наклеивания мембраны.
[0054] Изобретение обладает следующими полезными эффектами:
[0055] (1) Технология полимеризации мономера слиянием и микрополимеризации применяется для получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ из ПТФЭ, которая имеет множественные нано- и микронные вогнуто-выпуклые геометрические ультраструктурные морфологии поверхности, благодаря низкому поверхностному натяжению и высокой смазывающей способности ПТФЭ, так что мембрана обладает сверхнизким поверхностным натяжением, гидрофобностью, отсутствием адгезии, высокими характеристиками против обрастания, высокой гидроскопичностью, характеристиками самоочистки и т. п., тем самым затрудняя прилипание льда к поверхности мембраны, а даже если адгезия образовалась, то лед может быть автоматически отделен от поверхности мембраны за счет чрезвычайно низкого связывающего усилия, так что эффект и цель, заключающиеся в действенном предотвращении и удалении льда с поверхности лопасти ветрогенератора, действительно достигаются;
[0056] (2) Мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ получают посредством высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением, что улучшает износостойкость, сопротивление излому, ударопрочность, структурную поверхность высокой прочности и высокую прозрачность мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, имеющей микропористую нано- и микронную вогнуто-выпуклую геометрическую суперструктурную морфологию, при которой мембрана претерпевает отслаивание при растрескивании структуры наподобие ткани под действием усилия растяжения, температуры и горячего каландирования; под действием температуры и давления, линейное давление, прикладываемое к ПТФЭ-мембране, меняется за счет изменения давления. Благодаря изменчивости температуры, макромолекулы в ПТФЭ-мембране выравниваются и ориентируются с образованием множественных микроэвтектических структур. Множественные микроэвтектические молекулярные структуры располагаются параллельно друг другу имеют разные показатели термической усадки, что в результате дает уменьшение пор мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, а также улучшенную и равномерную прозрачность; при сохранении ультраструктурной морфологии поверхности мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, мембрана обладает высокой износостойкостью, сопротивлением излому и ударопрочностью;
[0057] (3) Мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ получают посредством активации поверхности на наноглубине, что решает техническую задачу связывания материала ПТФЭ без каких-либо материалов. В атмосфере среды, поверхность мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ может обеспечивать активный структурный слой с наноглубиной, а также между активным структурным слоем и характеристической группой адгезива происходит химическое связывание, между мембраной и адгезивом вырабатывается чрезвычайно сильная аффинность и характеристики высокопрочной адгезии с формированием комплекса мембрана-адгезив, тем самым достигая связывания и объединения мембраны/адгезива, связывания и объединения мембраны/мембраны, интеграции мембраны и адгезивного базового слоя после связывания, при этом повышая прочность связывания и усилие отслаивания адгезива, а также длительность связывающего усилия;
[0058] (4) Связывающий адгезив, представленный в изобретении, представляет собой «индивидуализированный» высокопрочный связывающий адгезив для холодного наклеивания, являющийся специфическим в отношении эксплуатационных характеристик, требований к эксплуатации и среде применения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, при этом сам материал ПТФЭ обладает характеристиками прямой адгезии без каких-либо адгезивных материалов, мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, обладающая нано- и микронными вогнуто-выпуклыми геометрическими ультраструктурными морфологиями, полученная посредством полимеризации слиянием и микрополимеризации мономеров, подвергается воздействию высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением с формированием материала ПТФЭ, обладающего высокой износостойкостью и прозрачностью, следовательно, трудно иметь подходящий связывающий адгезив для связывания и даже хорошие характеристики адгезии. Высокопрочный связывающий адгезив для холодного наклеивания, согласно изобретению, может применяться непосредственно для холодного связывания, обладает высокой прочностью на отслаивание, высоким удлинением на разрыв и ударопрочностью, относительно низкой твердостью и модулем упругости на растяжение, длительной стойкостью к старению при УФ и временем стойкости к старению, отсутствием явных свойств пластической деформации, а также меньшим термическим расширением и напряжением от холодной усадки, чем предел упругости адгезива, так что адгезив всегда находится в вязком состоянии, а также обладает высокой прочностью связывания и длительным усилием отслаивания, и приклеенный адгезив всегда находится в вязком состоянии;
[0059] (5) Мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, согласно изобретению, может быть применена для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях различных типов ветрогенераторов зимой, а также для обеспечения стойкости к коррозии лопасти ветрогенератора вследствие солевого тумана, и, вместе с этим, может улучшить аэродинамические характеристики аэродинамического профиля ветрогенератора, повысить общую прочность поверхности лопастей и защитить лопасти от эрозии вследствие старения, и она представляет собой многофункциональный новый материал композитной мембраны нового поколения, применение которого может быть непосредственно расширено и осуществляться в промышленных областях для предотвращения прилипания и коррозии вследствие морских организмов, прилипающих к стальным трубчатым сваям морских ветроэлектростанций и морских платформ, для предотвращения обрастания снегом и обледенения высоковольтных опор линий электропередач и кабелей, защиты мостов от обрастания снегом и обледенения (вант мостов и несущих тросов) и т. п.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0060] На Фиг. 1 показаны нано- и микронные вогнуто-выпуклые геометрические ультраструктурные морфологии поверхности мембраны под сканирующем электронным микроскопом (СЭМ);
[0061] На Фиг. 2 показан угол контакта между поверхностью мембраны и водой на измерителе угла контакта KRUSS DSA-100;
[0062] На Фиг. 3 показаны поверхности мембраны перед и после обработки активного структурного слоя на наноглубине на поверхности мембраны на СЭМ-изображении; и
[0063] На Фиг. 4 показан технологический способ применения на лопасти ветрогенератора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
[0064] Пример 1
[0065] В данном примере приведен способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, включающий следующие этапы, на которых:
[0066] (1) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством полимеризации слиянием и микрополимеризации мономеров
[0067] 1) получают стержень путем перемешивания, предварительного прессования и проталкивания
[0068] ПТФЭ-смолу пропитывали винил силиконовым маслом, обладающим функцией смягчения ПТФЭ, при этом используемая ПТФЭ-смола представляла собой порошок частиц политетрафторэтиленовой дисперсионной смолы, а винил силиконовое масло и ПТФЭ-смолу добавляли в весовом соотношении 3:100; пропитанную ПТФЭ-смолу перемешивали и выполняли горячее предварительное прессование и горячее проталкивание при температуре 60°С со скоростью 25 м/мин под давлением 8 МПа с получением материала стержня из ПТФЭ с полимеризованным мономером, имеющим Ф 17 мм, причем поверхность материала стержня также обладает высокой смазывающей способностью;
[0069] 2) получают мембрану посредством горячего каландрирования и полимеризации слиянием
[0070] полученный стержень из ПТФЭ подвергали полимеризации слиянием под действием горячего каландрирования при температуре 60°С со скоростью, которая составляла 25 м/мин, а часть винил силиконового масла, замешанную в ПТФЭ-смоле и обладающую полимеризацией мономеров, экструдировали с помощью установки для горячего каландрирования с получением мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с микронными порами;
[0071] мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ имеет толщину 100 мкм и плотность 2,1 кг/м3, а также имеет молочно-белый цвет, а морфология поверхности мембраны является такой, что вогнуто-выпуклая структура поверхности микронного масштаба со средним размером 20-40 мкм, высотой 10-20 мкм и шагом 30-50 мкм равномерно распределена в продольном и поперечном направлении;
[0072] 3) получают гомогенную мембрану посредством микрополимеризации
[0073] мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с вогнуто-выпуклой структурой поверхности микронного масштаба подвергали микрополимеризации в обезжиривающей печи при температуре 190°С со скоростью 6 м/мин, а часть винил силиконового масла, которая не была экструдирована установкой для горячего каландрирования и замешана в ПТФЭ-смоле для полимеризации мономеров, полимеризовали под действием температуры для затвердевания в ПТФЭ-смоле с получением гомогенной мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, которая сматывается под действием тягового усилия, вызываемого вращением валика, размещенного за пределами обезжиривающей печи;
[0074] (2) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением
[0075] температуру в полости для высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением устанавливали на 380°С, мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ расстилали на кронштейне пассивного валика в полости, вытягивали путем применения равномерного усилия, вырабатываемого при вращении валика, расположенного за пределами полости, для проталкивания вперед со скоростью 6 м/мин, при этом молекулярная цепь мембраны усаживалась за счет высокой температуры в полости и образовывались эвтектики, а микропоры становились нанопорами и супермикронными порами, линейное давление поверхности ПТФЭ-мембраны контролировали 60 Н/м, так что ширина мембраны усаживалась с 260 мм до 200 мм, цвет мембраны менялся с молочно-белого на прозрачный и имела равномерные прозрачные эвтектики, и, следовательно, имела высокую износостойкость, стойкость к излому и ударопрочность, при этом повышая жесткость макромолекулярных наноагрегатов и нано- и микронных вогнуто-выпуклых геометрических ультраструктурных морфологий поверхности со средним размером поверхности 10-20 мкм, высотой 5-10 мкм и шагом 10-20 мкм; и
[0076] (3) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством активации поверхности на наноглубине
[0077] после покрытия функциональных поверхностей нано- и микронных вогнуто-выпуклых геометрических ультраструктурных морфологий поверхности мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ полиэтиленовой (ПЭ) мембраной, одну поверхность мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с нанесенным на нее связывающим адгезивом подвергали активации поверхности в вакуумной среде и в атмосфере среды азотно-водородной смеси при температуре ниже 40°С со скоростью 3 м/мин, так что на поверхности проклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ сформировался активированный структурный слой с наноглубиной; как показано на Фиг. 3, связывающий адгезив наносили на поверхность мембраны с активированным структурным слоем, так что между характеристическими группами адгезива и активированным структурным слоем мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ происходило химическое связывание с формированием комплекса мембрана-адгезив, тем самым реализуя интегрирование мембраны/адгезива, мемраны/мембраны и мембраны/адгезивного базового слоя после связывания и впоследствии решая задачу связывания материала ПТФЭ без каких-либо материалов.
[0078] Перед объединением мембраны и адгезива, сердечник трубы для мембраны надевали на вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, не приводимый в действие двигателем, для протягивания верхней части мембраны к сердечнику ПВХ-трубы на расширяющемся валу сердечника трубы, приводимом в действие двигателем, а также наклеивали и фиксировали с помощью бумажной ленты. Мембрану одновременно и соответствующим образом плотно прижимали к поверхности вращающегося валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, и ленту наматывали на расширяющийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, приводимый в действие двигателем, секцию ленты вытягивают и наклеивали на поверхность мембраны, которая имеет активированный структурный слой; после объединения мембраны и адгезива, двигатели, имеющие одну и ту же скорость вращения, настраивали на приведение в действие расширяющегося вала сердечника трубы, прижимного валика для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющегося вала сердечника трубы для ленты, и двигатели запускали синхронно; расширяющийся вал сердечника трубы для ленты ослаблял намотанную ленту под действием двигателя, а прижимной валик для объединения мембраны и адгезива прокатывал и объединял мембрану и адгезив под действием двигателя, расширяющийся вал сердечника трубы наматывал объединенную мембранно-адгезивную композитную мембрану на стержень ПВХ-трубы за счет тягового усилия, вырабатываемого приводом двигателя, и, между тем, мембрана, плотно прижатая к поверхности вращающегося валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, соответственно, не сморщивалась под действием некоторого тягового усилия, таким образом, весь процесс объединения мембраны и адгезива завершается.
[0079] Получение и применение представленного выше адгезива заключались в следующем:
[0080] 0,2 кг ПВА-1788, 18 кг бутилакрилата, 0,5 кг акриловой кислоты, 1,0 кг винилацетата, 1,0 кг метилметакрилата, 1,5 кг силиконового мономера, 0,01 кг ТО-7, 0,01 кг натрия додецилбензолсульфоната, 0,05 кг бензоилпероксида и 80 кг воды добавляли в приготовительную емкость для приготовления в течение 5 ч при температуре 85°С, полученный в результате продукт вакуумировали и обезвоживали для получения лентообразной чувствительной к давлению ленты с содержанием твердых веществ 18,7%, при этом чувствительную к давлению ленту объединяли с прокладочной бумагой и затем наматывали на стержень ПВХ-трубы;
[0081] связывающую ленту непосредственно переносили и объединяли с функциональной поверхностью связывания мембраны, которая имеет активированный структурный слой мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, с помощью устройства для объединения мембраны и адгезива. Устройство для объединения мембраны и адгезива содержит расширяющийся вал сердечника трубы, обладающий функцией тяги мембраны и ленты, 1 комплект прижимных валиков для объединения мембраны и адгезива, расширяющийся вал сердечника трубы для ленты, вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, а также 4 вращающихся валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, при этом расширяющийся вал сердечника трубы, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющийся вал сердечника трубы для ленты, приводились в действие двигателем, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива располагались косо над расширяющимся валом сердечника трубы под углом раскрытия 45°С, при этом зазор между 2 прижимными валиками был задан в виде общей толщины после объединения толщины мембраны и толщины адгезива, при этом вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки не приводились в действие двигателем, и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки располагались в виде ~ -образной формы с двумя валиками вверху, а другими двумя валиками внизу.
[0082] Проводили испытания эксплуатационных характеристик 5 образцов мембраны из ПТФЭ, полученной представленным выше способом. Получены следующие результаты: средняя толщина мембраны составляет 100 мкм; средний вес мембраны составляет 210 г/м2; связывающее усилие отслаивания адгезива составляет 50 Н, а связывание и прочность на отслаивание под углом 180°С составляет 1000 Н/м; после испытания на старение с помощью ксеноновой лампы в течение 14400 ч, испытания эксплуатационных характеристик с циклом замораживания и оттаивания (температура: -60°-150°С и влажность: 5-98%), испытания на старение под действием озона, испытания на старение под действием ультрафиолета, испытания искусственной атмосферной коррозии и погружения в раствор морской соли, средняя прочность на растяжение перед и после старения составляет 25 МПа, а средний коэффициент удлинения составляет >90% без старения; путем применения метода под названием «ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПОКРЫТИЙ ВНЕШНЕЙ СТЕНЫ ЗДАНИЯ К МЫТЬЮ», согласно GB/T 9266-2009, и после циклического трения с частотой 37 раз/мин при количестве 40000 раз, шероховатость на поверхности мембраны отсутствует, явление оголенности подложки вследствие повреждения не наблюдается и мембрана обладает высокой износостойкостью; платформу для испытания на динамическое давление ветра используют для имитации скорости ветра, составляющей 36,9 м/с (ураган 12 баллов) для испытания на стойкость к дождевой эрозии под динамическим давлением ветра, по прошествии 1000-часового испытания с продуванием сильным ветром и водой, шероховатость на поверхности мембраны отсутствует и мембрана обладает превосходной стойкостью к дождевой эрозии; как показано на Фиг. 1, морфологию поверхности мембраны испытывают с помощью СЭМ, при этом морфология поверхности мембраны является такой, что вогнуто-выпуклая структура поверхности микронного масштаба со средним размером 20-40 мкм, высотой 10-20 мкм и шагом 30-50 мкм равномерно распределена в продольном и поперечном направлении; как показано на Фиг. 2, угол контакта капель воды с поверхностью мембраны, измеренный с помощью измерителя угла контакта воды, составляет от 115,89°С до 125,46°С; среднее значение шероховатости поверхности мембраны, измеренной с помощью инструмента для измерения шероховатости поверхности, составляет 0,18 мкм.
[0083] Таким образом, полученная мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ обладает следующими преимуществами:
[0084] 1) полученная мембрана имеет нано- и микронные вогнуто-выпуклые геометрические ультраструктурные морфологии поверхности без изменения ПТФЭ вместо обеспечения отсутствия адгезии только за счет использования смазывающего вещества и низкого поверхностного натяжения ПТФЭ, как показано на Фиг. 1-3, мембрана обладает сверхнизким натяжением на твердой поверхности, улучшенной гидрофобностью, не имеет адгезии и обладает повышенной стойкостью к обрастанию, а поверхность мембраны также обладает функцией самоочистки, что не может сравниться с другими мерами и способами;
[0085] 2) мембрана, полученная при сверхвысокой температуре и под высоким давлением, обладает высокой износостойкостью, стойкостью к излому и ударопрочностью, а также обладает функциональными характеристиками стойкости к трению и воздействию песчаной пыли, града, дождя, вызывающего гололед, и дождевой эрозии, а также воздействию дуги молнии, так что она может применяться в течение длительного времени при линейной скорости 300 км/ч на конце лопасти ветрогенератора без износа и, помимо этого, она обладает противовоспламенительными характеристиками и не может быть подвергнута возгоранию вследствие воздействия дуги молнии;
[0086] 3) исходный цвет поверхности лопасти после наклеивания не меняется;
[0087] 4) мембрана имеет толщину 100 мкм, вес 210 г/м2 и шероховатость поверхности 0,18 мкм, не увеличивает нагрузку на лопасть ветрогенератора, может улучшить аэродинамические характеристики аэродинамического профиля лопасти, а также повышает рабочую эффективность лопасти;
[0088] 5) мембрана может связываться с характеристической группой связывающего адгезива путем химического связывания для получения высокой аффинности и прочность сявзывания между адгезивом и мембраной, тем самым расширяя диапазон выбора связывающего адгезива;
[0089] 6) ПТФЭ-материал мембраны обладает превосходной стойкостью к УФ и атмосферным воздействиям, является эквивалентным защитному покрытию лопасти, может повысить прочность поверхности лопасти, вносит свой вклад в общую фиксацию, повышает общую несущую способность и стойкости лопасти к коррозии, исключает потенциальные угрозы безопасности лопасти, такие как старение и растрескивание лопасти, а также увеличивает срок службы лопасти ветрогенератора.
[0090] Пример 2
[0091] В данном примере представлено применение Примера 1 к лопастям ветрогенератора, находящимся в эксплуатации. Как показано на Фиг. 4, в соответствии с характеристиками длины хорды, отклонения и кривизны аэродинамического профиля лопасти ветрогенератора, а также удобством инженерной конструкции, конец лопасти сначала располагают перпендикулярно поверхности земли и параллельно корпусу башни ветрогенератора, при этом лопасть проходит через срединную часть высотной подвесной гондолы. Наклеивание мембраны выполняли с помощью способа резки, сращивания и наклеивания, а также способа наматывания и наклеивания, которые выполнялись одновременно четырьмя людьми, один из четырех человек отвечал за расстилание мембраны и выравнивание по опорной линии наклеивания, один из четырех человек отвечал за конечное разглаживание мембраны при наклеивании, один из четырех человек отвечал за удаление воздуха, находящегося между мембраной и базовым слоем лопасти, и за связывание с помощью скребка для наклеивания, а один из четырех человек отвечал за взаимодействие между поставщиками услуг логистики и сборки. Процесс и способ наклеивания мембраны пригоден для лопастей ветрогенератора, не введенного в эксплуатацию. В частности:
[0092] (1) полировка поверхности лопасти
[0093] поверхность лопасти делали ровной и ей придавали конечный вид посредством обработки с помощью ручной полировальной машины и одновременно удаляли часть старого покрытия на поверхности базового слоя для удовлетворения требуемым условиям наклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ; и
[0094] (2) наклеивание мембраны
[0095] 1) резка, сращивание и наклеивание на конце лопасти
[0096] как показано на Фиг. 4а, мембрану резали по горизонтали вдоль угла атаки, отклонения и кривизны аэродинамического профиля, начиная от передней кромки конца лопасти по ширине мембраны, при этом каждую мембрану резали отдельно на мембрану, соответствующую аэродинамическому профилю, углу атаки, отклонению и размеру, а затем отрезанную мембрану наклеивали;
[0097] при наклеивании, мембрану наклеивали от поверхности SS (подветренной стороны) задней кромки к поверхности PS (наветренной стороне) передней кромки, при этом мембрана на поверхности PS передней кромки перекрыта внахлест мембраной на поверхности SS задней кромки, и две мембраны расположены по горизонтали в шахматном порядке с нахлестом 15 см и не расположены в одном и том же положении; ширина нахлеста мембраны составляла 20 мм, кромку первой наклеенной мембраны использовали в качестве опорной линии, вторую мембрану располагали на кромке первой мембраны с нахлестом 10 мм, мембрану располагали с продольным нахлестом 10 мм и так далее, при этом обратное наложение мембраны на лопасть не образуется;
[0098] 2) наматывание и наклеивание
[0099] как показано на Фиг. 4b и 4c, когда аэродинамический профиль, длины хорды, отклонение, кривизна и величина угла лопасти подходили для наматывания и наклеивания, мембрану наклеивали на лопасть путем наклеивания по горизонтали в положении на конце лопасти, находящемся на расстоянии 5 м в направлении срединной части,
[00100] как показано на Фиг. 4e и 4f, когда мембрана была намотана и наклеена, мембрану расстилали на 200 мм, прокладочную бумагу на поверхности отрывали и мембрана входила между прижимными валиками инструмента для наклеивания мембраны, к мембране прилагали тяговое усилие путем выполнения тяги вручную и прокладочную бумагу отрывали во время наматывания и наклеивания мембраны;
[00101] вертикальную и горизонтальную кромку последней мембраны, наклеенной на конец лопасти, используют в качестве опорной линии для наматывания и наклеивания, и мембрану медленно расстилали для наматывания и наклеивания путем выравнивания по опорной линии. Начиная с исходного положения, воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, равномерно удаляли с помощью скребка для наклеивания мембраны по ширине всей мембраны от исходного положения до задней части наклеенной поверхности, а именно, в направлении не расстеленной мембраны, при этом мембрана плотно наклеивалась на поверхность лопасти, а воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, должен быть полностью удален; на верхнем слое мембраны прижатием внахлест размещали поверхность нахлеста части нахлеста нижнего слоя мембраны, а именно, намотанная и наклеенная мембрана должна располагаться внахлест на наклеенной мембране на конце лопасти и все горизонтальные участки нахлеста мембраны, а именно, стыки между мембранами, располагались на поверхности SS задней кромки лопасти;
[00102] 3) обработка мембраны на молниеотводе лопасти
[00103] как показано на Фиг. 4d, мембрану наносили и наклеивали непосредственно с поверхности молниеотвода, перед наклеиванием всей мембраны, мембрану, покрывающую молниеотвод, отрезали и извлекали поочередно для того, чтобы обнажить молниеотвод, и мембрану на шве уплотняют и ровняют;
[00104] 4) расположение мембраны внахлест и обработка стыка
[00105] внимательно проверяли, не было ли плотным наклеивание в положении нахлеста, и если нахлест не был плотным, то оперативно выполняли разравнивание и уплотнение для предотвращения складок, вздутий, вспучивания и неровностей;
[00106] 5) восстановление поврежденной мембраны
[00107] если мембрана была поцарапана во время сборки, отрезали мембрану полной ширины и по горизонтали наматывали и наклеивали на поверхность всей поцарапанной части для восстановления.
[00108] В ходе представленного выше процесса наклеивания мембраны, строго запрещается растягивать мембрану по горизонтали для предотвращения образования складок мембраны после растягивания, при этом мембрана должна наклеиваться в естественном и гладком состоянии. При образовании складок и углублений или когда мембрана не является гладкой или деформирована вследствие отсутствия выравнивания по опорной линии, всю не расстеленную мембрану необходимо медленно поднять до места образования складки и углубления, а затем повторно наклеить во избежание воздействия на качество наклеивания мембраны.
[00109] Резюмируя, мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученная в соответствии с изобретением, обладает сверхнизким поверхностным натяжением и ультратонкой структурной морфологией поверхности, а также стойкостью к адгезии, стойкостью к обрастанию, гидрофобностью, стойкостью к поглощению влаги и функциями самоочистки; мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ обладает сверхвысокой износостойкостью и стойкостью к излому, а также износостойкостью, ударопрочностью и стойкостью к дождевой эрозии; мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ обладает стойкостью к химической коррозии, способна выдерживать коррозию, высокие и низкие температуры, старение, химические вещества, ультрафиолет и усталостные нагрузки, при этом повышая прочность поверхности лопасти ветрогенератора, она вносит свой вклад в общую фиксацию, тем самым повышая общую несущую способность лопастей и их возможности в части стойкости к коррозии, устраняя потенциальные угрозы безопасности, такие как старение и растрескивание лопасти, улучшая возможности лопасти в части стойкости к длительной коррозии, вызванной посторонними объектами, обеспечивая двойную защиту лопастей и продлевая срок службы лопастей; мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ обладает свойством электропроводимости и невоспламеняемости, способна выдерживать высокое напряжение 15000 В и обладает характеристикой стойкости к высоким температурам, на поверхности мембраны не образуются следы при ударе дугой молнии и, кроме того, мембрана не подвергается возгоранию; мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ имеет сверхмалую толщину, сверхмалый вес и сверхнизкую шероховатость поверхности, а также она может улучшить аэродинамические характеристики аэродинамического профиля и повысить эксплуатационную эффективность энергии ветра; при этом функция самостоятельного холодного наклеивания упрощает ее применение на лопастях ветрогенератора.
[00110] Мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ может быть применена для предотвращения и обеспечения стойкости к образованию льда на лопастях различных типов ветрогенераторов зимой, а также для обеспечения стойкости к коррозии лопастей ветрогенератора вследствие солевого тумана, и, вместе с этим, может улучшить аэродинамические характеристики аэродинамических профилей ветрогенератора, повысить общую прочность поверхности лопасти и защитить лопасть от эрозии вследствие старения, и она представляет собой многофункциональный новый материал композитной мембраны нового поколения, применение которого может быть непосредственно расширено и осуществляться в промышленных областях для предотвращения прилипания и коррозии вследствие морских организмов, прилипающих к стальным трубчатым сваям морских ветроэлектростанций и морских платформ, для предотвращения обрастания снегом и обледенения высоковольтных опор линий электропередач и кабелей, защиты мостов от обрастания снегом и обледенения (вант мостов и несущих тросов) и т. п.
[00111] В дополнение к представленным выше примерам также могут быть предусмотрены и другие варианты реализации изобретения. Все технические решения, образованные эквивалентными заменами или эквивалентными преобразованиями, входят в объем защиты изобретения.
1. Способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), включающий следующие этапы, на которых:
(1) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством полимеризации слиянием и микрополимеризации мономеров:
1) получают стержень путем перемешивания, предварительного прессования и проталкивания:
ПТФЭ-смолу пропитывают винилсиликоновым маслом, обладающим функцией смягчения ПТФЭ, пропитанную ПТФЭ-смолу перемешивают и выполняют горячее предварительное прессование и горячее проталкивание при температуре 60-90°C со скоростью 20-30 м/мин под давлением 5-8 МПа с получением материала стержня из ПТФЭ с полимеризованным мономером;
2) получают мембрану посредством горячего каландрирования и полимеризации слиянием:
полученный материал стержня из ПТФЭ подвергают полимеризации слиянием под действием горячего каландрирования при температуре 60-90°C со скоростью 20-30 м/мин, а часть винил силиконового масла, замешанную в ПТФЭ-смоле и обладающую эффектом полимеризации мономеров, экструдируют с помощью установки для горячего каландрирования с получением мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с микронными порами;
мембрана из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ имеет толщину 100-120 мкм и молочно-белый цвет, а морфология поверхности мембраны является такой, что вогнуто-выпуклая структура поверхности микронного масштаба со средним размером 20-40 мкм, высотой 10-20 мкм и шагом 30-50 мкм равномерно распределена в продольном и поперечном направлении; и
3) получают гомогенную мембрану посредством микрополимеризации:
мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с вогнуто-выпуклой структурой поверхности микронного масштаба подвергают микрополимеризации в обезжиривающей печи при температуре 180-200°C со скоростью 6-8 м/мин, а часть винил силиконового масла, которая не экструдирована установкой для горячего каландрирования и замешана в ПТФЭ-смоле для полимеризации мономеров, полимеризуют под действием температуры для затвердевания в ПТФЭ-смоле с получением гомогенной мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, которая сматывается под действием тягового усилия, вызываемого вращением валика, размещенного за пределами обезжиривающей печи;
(2) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением:
температуру в полости для высокотемпературной микроэвтектики под высоким линейным давлением устанавливают на 70-420°C, мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ расстилают на кронштейне пассивного валика в полости, вытягивают за счет равномерного тягового усилия, вызываемого вращением валика, расположенного за пределами полости, для проталкивания вперед со скоростью 6-8 м/мин, при этом молекулярная цепь мембраны усаживается за счет высокой температуры в полости и образуются эвтектики, а микропоры становятся нанопорами и супермикронными порами, линейное давление поверхности ПТФЭ-мембраны контролируют на 50-80 Н/м, так что ширина мембраны усаживается, плотность мембраны увеличивается, а эвтектика с мембраной с усаженной шириной и увеличенной плотностью меняет цвет с молочно-белого на прозрачный и становится равномерной прозрачной, а также имеет макромолекулярные наноагрегаты и нано- и микронные вогнуто-выпуклые геометрические ультраструктурные морфологии поверхности со средним размером поверхности 10-20 мкм, высотой 5-10 мкм и шагом 10-20 мкм; и
(3) получают мембрану из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ посредством активации поверхности на наноглубине:
после покрытия функциональных поверхностей нано- и микронных вогнуто-выпуклых геометрических ультраструктурных морфологий поверхности мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ полиэтиленовой (ПЭ) мембраной одну поверхность мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ с нанесенным на нее связывающим адгезивом подвергают активации поверхности в вакуумной среде и в атмосфере среды азотно-водородной смеси при температуре ниже 40° со скоростью 1,5-3 м/мин, так что на поверхности проклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ формируется активированный структурный слой с наноглубиной; связывающий адгезив наносят на поверхность мембраны с активированным структурным слоем, так что между характеристическими группами адгезива и активированным структурным слоем мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ происходит химическое связывание с формированием комплекса мембрана-адгезив.
2. Способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ по п. 1, отличающийся тем, что связывающий адгезив получают и применяют следующим образом:
0,2 кг ПВА-1788, 18 кг бутилакрилата, 0,5 кг акриловой кислоты, 1,0 кг винилацетата, 1,0 кг метилметакрилата, 1,5 кг силиконового мономера, 0,01 кг ТО-7, 0,01 кг натрия додецилбензолсульфоната, 0,05 кг бензоилпероксида и 80 кг воды добавляют в приготовительную емкость для реагирования в течение 5 ч при 85°C, полученный в результате продукт вакуумируют и обезвоживают для получения лентообразной чувствительной к давлению ленты с содержанием твердых веществ 18,7%, при этом чувствительную к давлению ленту объединяют с прокладочной бумагой и затем наматывают на сердечник ПВХ-трубы;
связывающую ленту непосредственно переносят и объединяют с функциональной поверхностью связывания мембраны, которая имеет активированный структурный слой мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, с помощью устройства для объединения мембраны и адгезива.
3. Способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ по п. 2, отличающийся тем, что устройство для объединения мембраны и адгезива содержит расширяющийся вал сердечника трубы, обладающий функцией тяги мембраны и ленты, один комплект прижимных валиков для объединения мембраны и адгезива, расширяющийся вал сердечника трубы для ленты, вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, а также четыре вращающихся валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, при этом расширяющийся вал сердечника трубы, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющийся вал сердечника трубы для ленты приводятся в действие двигателем, прижимные валики для объединения мембраны и адгезива расположены косо над расширяющимся валом сердечника трубы под углом раскрытия 45°C, при этом зазор между двумя прижимными валиками задан в виде общей толщины после объединения толщины мембраны и толщины адгезива, при этом вращающийся вал сердечника трубы для мембранной ленты и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки не приводятся в действие двигателем и вращающиеся валики для натяжения мембранной ленты и конечной обработки расположены в виде -образной формы с двумя валиками вверху, а другими двумя валиками внизу.
4. Способ получения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ по п. 3, отличающийся тем, что
перед объединением мембраны и адгезива стержень трубы для мембраны надевают на расширяющийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, не приводимый в действие двигателем, верхнюю часть мембраны протягивают до сердечника ПВХ-трубы на расширяющемся валу сердечника трубы для мембраны, приводимом в действие двигателем, а также наклеивают и фиксируют с помощью бумажной ленты, одновременно и соответствующим образом плотно мембрану прижимают к поверхности вращающегося валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, ленту наматывают на расширяющийся вал сердечника трубы для мембранной ленты, приводимый в действие двигателем, и секцию ленты вытягивают для наклеивания на поверхность мембраны, которая имеет активированный структурный слой;
после объединения мембраны и адгезива двигатели, имеющие одну и ту же скорость вращения, настраивают на приведение в действие расширяющегося вала сердечника трубы, прижимного валика для объединения мембраны и адгезива, а также расширяющегося вала сердечника трубы для ленты, и двигатели запускают синхронно; расширяющийся вал сердечника трубы для ленты ослабляет намотанную ленту под действием двигателя, а прижимной валик для объединения мембраны и адгезива прокатывает и объединяет мембрану и адгезив под действием двигателя, расширяющийся вал сердечника трубы наматывает объединенную мембранно-адгезивную композитную мембрану на стержень ПВХ-трубы за счет тягового усилия, вырабатываемого приводом двигателя, и, между тем, мембрана, плотно прижатая к поверхности вращающегося валика для натяжения мембранной ленты и конечной обработки, соответственно, не сморщивается под действием некоторого тягового усилия, таким образом, весь процесс объединения мембраны и адгезива завершается.
5. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по любому из пп. 1-4, в котором при применении на лопасти ветрогенератора, введенного в эксплуатацию, конец лопасти располагают перпендикулярно поверхности земли и параллельно корпусу башни ветрогенератора, при этом лопасть проходит через срединную часть высотной подвесной гондолы, мембрану наклеивают с помощью способа резки, сращивания и наклеивания, а также способа наматывания и наклеивания, причем эти два способа выполняются одновременно четырьмя людьми, один из четырех человек отвечает за расстилание мембраны и выравнивание по опорной линии наклеивания, один из четырех человек отвечает за конечное разглаживание мембраны при наклеивании, один из четырех человек отвечает за удаление воздуха, находящегося между мембраной и базовым слоем лопасти, и за связывание с помощью скребка для наклеивания, а один из четырех человек отвечает за взаимодействие между поставщиками услуг логистики и сборки, в частности:
(1) полировка поверхности лопасти:
поверхность лопасти делают ровной и ей придают конечный вид посредством обработки с помощью ручной полировальной машины и одновременно удаляют часть старого покрытия на поверхности базового слоя для удовлетворения требуемым условиям связывания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ; и
(2) наклеивание мембраны:
1) резка, сращивание и наклеивание на конце лопасти:
мембрану режут по горизонтали вдоль угла атаки, отклонения и кривизны аэродинамического профиля, начиная от передней кромки конца лопасти по ширине мембраны, при этом каждую мембрану режут отдельно на мембрану, соответствующую аэродинамическому профилю, углу атаки, отклонению и размеру, а затем отрезанную мембрану наклеивают;
при наклеивании мембраны мембрану наклеивают от поверхности SS задней кромки к поверхности PS передней кромки, при этом мембрана на поверхности PS передней кромки должна быть перекрыта внахлест мембраной на поверхности SS задней кромки и две мембраны должны располагаться по горизонтали в шахматном порядке внахлест и не располагаться в одном и том же положении;
2) наматывание и наклеивание:
когда аэродинамический профиль, длина хорды, отклонение, кривизна и величина угла лопасти пригодны для наматывания и наклеивания, выполняют наклеивание таким способом, при котором мембрана горизонтально наматывается на лопасть,
когда мембрана намотана и наклеена, мембрану расстилают, прокладочную бумагу на поверхности отрывают и мембрана входит между прижимными валиками инструмента для наклеивания мембраны, к мембране прилагают тяговое усилие путем выполнения тяги вручную и прокладочную бумагу отрывают во время наматывания и наклеивания мембраны;
вертикальную и горизонтальную кромку последней мембраны, наклеенной на конец лопасти, используют в качестве опорной линии для наматывания и наклеивания, и мембрану медленно расстилают путем выравнивания по опорной линии для наматывания и наклеивания, при этом воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, равномерно удаляют с помощью скребка для наклеивания мембраны по ширине всей мембраны, начиная от исходного положения, до задней части наклеенной поверхности, а именно в направлении не расстеленной мембраны, при этом мембрана с нажимом и плотно наклеивается на поверхность лопасти, а воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, должен быть полностью удален; на верхнем слое мембраны прижатием внахлест размещают поверхность нахлеста части нахлеста нижнего слоя мембраны, а именно намотанная и наклеенная мембрана должна располагаться внахлест на наклеенной мембране на конце лопасти и все горизонтальные участки нахлеста мембраны, а именно стыки между мембранами, расположены на поверхности SS задней кромки лопасти;
3) обработка мембраны на молниеотводе лопасти:
мембрану наносят и наклеивают непосредственно с поверхности молниеотвода, перед завершением наклеивания всей мембраны, мембрану, покрывающую молниеотвод, отрезают и извлекают поочередно для того, чтобы обнажить молниеотвод, и мембрану на шве уплотняют и ровняют;
4) расположение мембраны внахлест и обработка стыка:
внимательно проверяют, является ли плотным наклеивание в положении нахлеста, и если нахлест не плотный, то оперативно выполняют разравнивание и уплотнение для предотвращения складок, вздутий, вспучивания и неровностей;
5) восстановление поврежденной мембраны:
если мембрана была поцарапана во время сборки, отрезают мембрану полной ширины и по горизонтали наматывают и наклеивают на поверхность всей поцарапанной части для восстановления.
6. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по п. 5, отличающееся тем, что при выполнении резки, сращивания и наклеивания на конце лопасти горизонтальная ширина нахлеста мембраны (стык двух мембран) составляет 150-200 мм, кромку наклеенной первой мембраны используют в качестве опорной линии, выполняют нахлест второй мембраной и прижимают к стыку первой мембраны на 150-190 мм, а ширина продольного нахлеста мембраны на кромке составляет 10-40 мм.
7. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по п. 5, отличающееся тем, что при наматывании и наклеивании мембраны ширина горизонтального нахлеста составляет 10-40 мм.
8. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по п. 5, отличающееся тем, что при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания сильное растягивание мембраны по горизонтали запрещено для предотвращения образования складок мембраны после растягивания, при этом мембрана должна наклеиваться в естественном и гладком состоянии.
9. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по п. 5, отличающееся тем, что при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания, и когда мембрана имеет складки и углубления или мембрана является неравномерной или деформирована вследствие отсутствия выравнивания по опорной линии, всю не расстеленную мембрану медленно поднимают до места образования складки и углубления, а затем мембрану повторно наклеивают во избежание воздействия на качество наклеивания мембраны.
10. Применение мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, полученной по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что применение мембраны к лопасти ветрогенератора, находящегося на производстве, или неработающей лопасти выполняют способом наклеивания, применяемым к лопасти ветрогенератора, введенного в эксплуатацию.