本发明属于风力发电，具体涉及一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜及其制备方法。
背景技术：
1、风力发电是一种清洁、可再生的能源，其核心设备是风电机组。风电机组主要由塔筒、叶片、发电机、控制系统等部分组成，其中叶片是风电机组中最关键的部件之一，它的设计和材料选择直接影响到风电机组的性能和使用寿命。然而，风力发电机组通常位于高山或边疆等昼夜温差较大的易凝冻地区，且这些地区往往出现极端天气，如雷电天气。这些地区白天光照充分温度相对较高，但夜晚温度降至零度以下，使得风力发电机组的叶片表面极易结冰，叶片表面一旦发生结冰的情况，不仅影响叶片的气动性能降低机组发电效率，尤其在覆冰严重的区域会造成约20％～50％的发电量损失，而雷击可能会导致叶片损坏，影响风电机组的正常运行，甚至可能导致严重的安全事故；因此如何使得叶片能够具有抵抗温差变化大，以及具有防雷击的能力，是当前风力发电技术领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜及其制备方法，以解决现有技术中风电叶片难以适应环境温差大，难以同时具有防雷击能力的问题。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，制备过程为：在叶片基材上涂覆粘接涂料，然后铺设隔热纤维，然后再涂刷一层粘接涂料，在粘接涂料上放置储热保护膜，粘结涂料干燥后获得绝缘高导储热防冰膜；
4、所述隔热纤维为柔性有机硅气凝胶复合纤维；所述柔性有机硅气凝胶复合纤维由有机硅溶胶和空心玻璃纤维组成；
5、所述储热保护膜由水合盐/sic复合相变填料与水性聚天门冬氨酸酯树脂通过粘结涂料交联组成，所述水合盐/sic复合相变填料由共晶水合盐和碳化硅组成，所述共晶水合盐由六水合磷酸氢二钾和十二水磷酸氢二钠组成；
6、所述粘结涂料为添加有改性纳米氮化硼的聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂，所述改性纳米氮化硼为聚多巴胺包裹的氮化硼。
7、本发明的进一步改进在于：
8、优选的，所述有机硅气凝胶的制备方法为：
9、(1)将硅烷、水、柠檬酸、尿素和十六烷基三甲基氯化铵混合，完全搅拌溶解后，获得有机硅溶胶；
10、(2)将有机硅溶胶倒入放置有空心玻璃纤维的模具中，有机硅溶胶完全浸渍空心玻璃纤维，振荡老化后，将振荡老化的材料在水中浸泡，在通过异丙醇和正己烷交替洗涤后，在常温常压下干燥，获得柔性有机硅气凝胶复合纤维。
11、优选的，所述硅烷为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的混合物的摩尔比为1:4:0.1:0.08:3。
12、优选的，所述粘结涂料的制备过程为：将改性纳米氮化硼在聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂的a组分制备过程中加入，混合聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂的a组分和b组分后，搅拌均匀，获得粘结涂料。
13、优选的，所述改性纳米氮化硼的制备过程为：
14、(1)将氮化硼原料置于水中，高速搅拌后获得氮化硼悬浊液；
15、(2)在水中加入三羟甲基氨基甲烷，获得三羟甲基氨基甲烷缓冲液，将三羟甲基氨基甲烷缓冲液和氮化硼悬浊液混合后，加入聚多巴胺，搅拌后加入naoh调节体系的ph值为8.5，搅拌后获得混合溶液；
16、(3)将步骤(2)获得的混合溶液离心若干次后，每一次下层的沉淀收集冻干，获得聚多巴胺包裹的氮化硼，为改性纳米氮化硼。
17、优选的，所述粘结储热保护膜的制备过程为：
18、步骤1，将水合盐/sic复合相变填料和硅烷偶联剂kh550混合后，加入甲苯，制得混合体系；将混合体系置于恒温油浴抽滤锅中，通入氮气搅拌，反应结束后，进行真空抽滤，将真空抽滤产物通过超声处理后再次进行真空抽滤，将抽滤产物通过n,n-二甲基甲酰胺清洗后干燥，获得改性后的水合盐/sic复合相变填料微粉；
19、步骤2，将水合盐/sic复合相变填料微粉和聚氨酯预聚体混合，加入后扩链剂进行搅拌，搅拌后获得绝缘高导热防冰分散体；
20、步骤3，在绝缘高导热防冰分散体中依次加入分散剂、钛白粉、碳黑、防沉剂、消泡剂、流平剂、光稳定剂、紫外吸收剂和溶剂搅拌均匀后分散，获得涂料a；
21、步骤3，将涂料a和水性异氰酸酯混合，获得储热涂料；
22、步骤4，将储热涂料真空灌注在制膜模具中，放置干燥后获得储热保护膜。
23、优选的，步骤1中，所述水合盐/sic复合相变填料的制备过程为：
24、(1)将六水合磷酸氢二钾和十二水磷酸氢二钠混合后加热搅拌，获得熔融态的共晶水合盐；
25、(2)在熔融态的共晶水合盐中加入绝缘导热填料碳化硅，搅拌后获得共晶水合盐/sic混合物；
26、(3)在共晶水合盐/sic混合物中加入磷酸二氢铝粘结涂料，获得混合物；
27、(4)将混合物干燥后烧结，获得烧结产物；
28、(5)将烧结产物球磨后获得水合盐/sic复合相变填料。
29、优选的，步骤2中，所述聚氨酯预聚体的制备过程为：
30、将干燥的聚醚二醇置于容器中，在容器中通入氮气，搅拌后加入第一催化剂和二异氰酸酯，搅拌后加入亲水扩链剂，进行搅拌反应，将反应产物冷却后，加入中和剂进行中和反应，获得聚氨酯预聚体。
31、优选的，所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二者的混合物；
32、所述第一催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二丁基氧化锡中的一种或几种。
33、一种通过上述任意一项制备方法制得的适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜，包括：
34、隔热纤维，设置在风电叶片外；
35、储热保护膜，设置在隔热纤维外；
36、所述隔热纤维和风电叶片之间通过粘结涂料粘结，所述储热保护膜和隔热纤维之间通过粘结涂料粘结。
37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
38、本发明公开了一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，该制备方法，在叶片基材上设置从内到外的隔热纤维和储热保护膜，其中的隔热纤维为柔性有机硅气凝胶复合纤维，储热保护膜由水合盐/sic复合相变填料与水性聚天门冬氨酸酯树脂通过粘结涂料交联组成；储热保护膜在最外部，在其中设置了水合盐作为相变成分，具有高相变焓值、能量存储密度大、导热系数较大和价格便宜等优点，可提高储热涂层的储热性能，能够更有效的将白天光热吸收并储存至涂层内，避免夜晚温度降低后，风电叶片结冰，造成损伤。同时，该材料的选择应考虑到其对叶片性能和重量的影响，提高风电机组的效率。隔热纤维设置在储热保护膜和叶片之间，采用了柔性有机硅气凝胶复合纤维层，不仅能与基底材料(叶片基材)玻璃钢(环氧树脂材料)有效粘接，同时能有限隔热，使得储热保护膜储存的热量能够尽可能的在储热保护膜自身中，减少其对外散热的热量，保护叶片基材的同时还能让热量维持在膜内，白天有效吸热，晚上热量主要维持在膜层，向外传播。隔热纤维和储热保护膜之间通过粘结涂料粘结，粘结涂料采用聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂涂料，能有效上下连接基材与储热保护膜，增加结合力，粘结涂料中还添加有聚多巴胺包裹的氮化硼，进一步降低膜的导电性，提高绝缘性能。
39、进一步的，通过储热保护膜，能够有效利用白天光照的热量，在光照较强时，吸收并快速储存至叶片涂层内，避免白天强光下风电叶片不被灼伤；夜晚温度下降后，涂层可以快速将热量释放出来，保证风电叶片在夜晚温度较低时表面不结冰，同时有效防止雷电及紫外光对叶片的损害，提高风电机组的安全性。储热保护膜中采用碳化硅作为导热剂和支撑材料，具有高导热性、电绝缘性和低成本等特点，在夜晚温度降低时，储存的热量可快速释放至叶片表面，保证叶片热稳定性，防止结冰。碳化硅的导热系数大于300w/mk，常温状态下电阻率可达105～1012ω·cm，不易导电，属于绝缘材料。且与水合盐不发生化学反应，具有一定的抗腐蚀能力，其熔化温度或分解温度要高于相变组分的相变温度，保证相变组分的形状稳定和可加工性，使涂层的附着力和可靠性，使其在恶劣环境下也能保持良好的吸热放热效果。该储热保护膜质态均匀稳定，无团聚等问题，不会增加叶片的重量，从而不会影响风电机组的效率。本发明的储热涂料更轻，更适合用于风电机组的叶片。储热保护膜的制备工艺简单，储热成本较低，对于昼夜温差较大的地区，可减少叶片防结冰和防雷击成本，有利于提高风力发电的经济效益。相比于现有技术，本发明的储热涂料更具有经济价值。
40、进一步的，为了保证叶片表面施工后储热保护层厚度一致，采用施工前将材料预制成储热保护膜，膜厚度根据现场应用实际情况可调节。提前预制的膜能保证厚度均匀，与涂料涂刷施工相比能降低施工难度，缩短施工时间。
41、进一步的，本发明的储热涂料还可以提供额外的保护功能，如防腐蚀等，进一步提高叶片的使用寿命和性能。
42、进一步的，与其他膜相比，粘接涂料采用聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂涂料，大大增强了粘接强度，避免出现使用一段时间后脱落的现象。
43、进一步的，将改性纳米氮化硼在聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂的a组分或b组分制备过程中加入，能够防止改性纳米氮化硼在聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂制备过程中难以充分分散均匀。
44、本发明还公开了一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜，该储热膜包括设置在风电叶片外的隔热纤维和设置在隔热纤维外的储热保护膜；隔热纤维和风电叶片之间通过粘结涂料粘结，储热保护膜和隔热纤维之间通过粘结涂料粘结。储热保护膜能够储存白天的热量，与主动除冰技术相比，解决了投资运维成本高的问题，并不借助外来热量进行除冰。该材料将高导热材料嵌入复合基体内，提高涂层的导热性和热稳定性，在保证防冰的同时，保护叶片不被白天强烈光照灼伤，且不影响叶片的性能和重量，提高风电机组的效率和稳定性；在不增加重量的前提下，同时保证叶片具有较强的绝缘性，为叶片提供防雷击保护。采用硅烷偶联剂作为粘结涂料，能够在一定条件下与无机材料的表面发生共价反应生成共价键，从而牢牢地存在于无机材料的表面，而另一段的氨基基团同样可以和聚合物集体发生共价反应，增强支撑材料与聚合物基体的联结，相应提高涂层整体的热导能力。
45、进一步的，优化了储热涂料的配方，选用价格较低的原材料，简化生产工艺，以降储热涂料的制造成本。
46、进一步的，隔热纤维和储热保护之间，通过粘接涂料粘接，纤维采用柔性有机硅气凝胶复合纤维，利用气凝胶其特有的中空结构中的无数空腔形成隔热层来阻止热传导。
1.一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，制备过程为：在叶片基材上涂覆粘接涂料，然后铺设隔热纤维，然后再涂刷一层粘接涂料，在粘接涂料上放置储热保护膜，粘结涂料干燥后获得绝缘高导储热防冰膜；
2.根据权利要求1所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述有机硅气凝胶的制备方法为：
3.根据权利要求2所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述硅烷为甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的混合物的摩尔比为1:4:0.1:0.08:3。
4.根据权利要求1所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述粘结涂料的制备过程为：将改性纳米氮化硼在聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂的a组分制备过程中加入，混合聚氨酯改性环氧树脂胶黏剂的a组分和b组分后，搅拌均匀，获得粘结涂料。
5.根据权利要求4所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述改性纳米氮化硼的制备过程为：
6.根据权利要求1所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述粘结储热保护膜的制备过程为：
7.根据权利要求1所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述水合盐/sic复合相变填料的制备过程为：
8.根据权利要求1所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述聚氨酯预聚体的制备过程为：
9.根据权利要求8所述的一种适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜的制备方法，其特征在于，所述亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸或二者的混合物；
10.一种通过权利要求1-9任意一项制备方法制得的适用于风电叶片前缘的防雷储热防冰保护膜，其特征在于，包括：
