近期，浙江工業(yè)大學(xué)馮杰/涂書畫科研團(tuán)隊(duì)成功制備了具有優(yōu)異抗雨蝕性、高彈性、牢固的穩(wěn)定疏水涂層。該彈性疏水涂層在保護(hù)海上風(fēng)電葉片抗雨蝕方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。論文發(fā)表在《Progress in Organic Coatings》雜志上發(fā)表了一篇題為“Highly elastic and stable hydrophobic coatings with excellent rain erosion resistance for wind turbine blades”上（2025, 200, 109013）。
風(fēng)能作為一種清潔且豐富的可再生能源，可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)電是一種清潔能源。風(fēng)電葉片由環(huán)氧樹脂加玻纖復(fù)合制備而成，為了保護(hù)環(huán)氧樹脂不受UV破壞，須使用涂層保護(hù)，目前涂層一般用聚丙烯酸酯類、聚氨酯類。西北的風(fēng)電葉片怕風(fēng)沙磨損，西南高原的怕凍雨結(jié)冰，沿海的則怕雨水侵蝕。雨水侵蝕是由反復(fù)和高速的液滴撞擊引起的，造成點(diǎn)蝕或剝落形式的損壞。由于葉片表面粗糙度的增加，被侵蝕的葉片導(dǎo)致空氣阻力顯著增加，從而使年發(fā)電量減少25%。在風(fēng)電設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)中，維修風(fēng)機(jī)葉片是最昂貴、最耗時(shí)的，在使用壽命為20年的長(zhǎng)期運(yùn)行中，約占總成本的35%。這對(duì)于風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展來說，無(wú)疑是一個(gè)巨大的阻礙。所以，研發(fā)出一種能夠有效抵抗酸雨侵蝕的葉片保護(hù)涂層，已經(jīng)成為風(fēng)電領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。
圖1. 以含氟羥丙乳液為主體，構(gòu)建彈性、穩(wěn)定疏水涂層用于風(fēng)電葉片抗雨蝕
表1和圖2是FHA彈性體的性能表征結(jié)果。隨著PPG用量增加，涂層斷裂伸長(zhǎng)率和拉伸強(qiáng)度增加，而彈性模量降低，可以吸收應(yīng)力變形并抵抗雨滴沖擊。在pH=4模擬酸雨中浸泡48小時(shí)后，與羥基丙烯酸乳液（HA）涂層相比，FHA涂層仍然保持更好的柔韌性、抗沖擊性和機(jī)械強(qiáng)度。
圖3.不同涂層在酸雨模擬液中浸泡后的水接觸角變化（b圖為a圖的局部放大）。
表2給出了兩種涂層在葉片（環(huán)氧玻璃纖維增強(qiáng)材料）表面的附著力。FHA涂層和HA涂層在環(huán)氧樹脂基材上均具有良好的附著力。FHA涂層的硬度為2H，小于HA涂層4H硬度。柔軟彈性的FHA涂層更有利于抵抗雨水侵蝕。
這種新型的高彈性穩(wěn)定疏水涂層，為風(fēng)電葉片的防護(hù)帶來了新的曙光。它有望解決葉片被雨水侵蝕的難題，為風(fēng)能的高效、可持續(xù)利用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相信在未來，隨著材料科學(xué)和技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會(huì)有更多性能優(yōu)異的涂層材料被研發(fā)出來，進(jìn)一步推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0300944024008051
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