Диоксид кремния в газовой фазе при различных дозах добавления Факторы, влияющие на степень оседания эпоксидной смолы для ветроэнергетики 

На фоне стремительного развития современных технологий ветроэнергетики надежность и долговечность ветроэнергетического оборудования становятся ключевыми факторами, определяющими эффективность его работы. Являясь одним из основных материалов для соединения конструкций лопастей ветрогенераторов, эпоксидный клей для ветроэнергетики широко применяется благодаря своей превосходной прочности сцепления, атмосферостойкости и химической стабильности. Однако в процессе реальных строительных работ при нанесении эпоксидного клея на вертикальные или наклонные поверхности часто возникает явление «стекания», то есть под действием силы тяжести клей деформируется, что серьезно влияет на качество склеивания и безопасность конструкции.
Газофазный диоксид кремния, также известный как белый диоксид кремния, полученный газофазным способом, представляет собой наноразмерный неорганический материал, синтезируемый методом высокотемпературной газофазной синтеза, который обладает такими характеристиками, как малый размер частиц (7–40 нм), большая удельная поверхность (30–450 м²/г), высокая чистота и высокая поверхностная активность. В частности, гидрофобный газофазный диоксид кремния проходит обработку поверхности с помощью органических силан-куплирующих агентов, что придает ему превосходные гидрофобные свойства и хорошую совместимость с органическими системами. Он широко применяется в клеях, лакокрасочных материалах, герметиках и композитных материалах для улучшения треофранситности, сопротивления стеканию и механических свойств. В отечественной отрасли производства газофазного диоксида кремния компания Huifu Nano, являясь лидером отрасли, специализируется на разработке и производстве наноматериалов, полученных газофазным методом. Ассортимент ее продукции включает серии гидрофильного и гидрофобного газофазного диоксида кремния, которые широко используются в таких высокотехнологичных отраслях производства, как новые источники энергии, электроника, аэрокосмическая промышленность и др. Благодаря собственным контролируемым производственным процессам, строгой системе контроля качества и индивидуальным техническим услугам, Huifu Nano стала важной силой в процессе локализации газофазных наноматериалов в Китае, обеспечивая ключевую поддержку в виде базовых материалов для цепочки производства зеленой энергии, включая ветровую и солнечную энергетику.
Эпоксидный клей для ветроэнергетики — это высокоэффективный конструкционный клей, изготовленный на основе эпоксидной смолы с добавлением отвердителя, пластификатора и функциональных наполнителей. Он широко применяется для склеивания лопастей ветрогенераторов с башнями, ступицами и другими ключевыми компонентами. Поскольку ветроэнергетическое оборудование часто находится на большой высоте и в сложных климатических условиях, к механическим свойствам, стойкости к старению и применимости клея предъявляются чрезвычайно высокие требования. Одним из важных показателей, характеризующих его рабочие свойства, является степень стекания. Если клей начинает заметно течь до полного отверждения, это приводит к неравномерной толщине покрытия, дефектам на границе раздела фаз и даже риску отслоения, что напрямую влияет на срок службы ветроэнергетической системы.
С этой целью технические специалисты компании Huifu Nano провели исследование влияния доли добавления гидрофобного газофазного диоксида кремния на степень оседания клея для ветроэнергетики.

Рис. 1

Как показано на рисунке 1, с увеличением доли гидрофобного газофазного диоксида кремния степень провисания эпоксидной ветроэнергетической смолы значительно снижается. Контрольный образец (без добавления газофазного диоксида кремния) имеет низкую вязкость, демонстрирует выраженные явления стекания и оседания и полностью подвержен воздействию силы тяжести; при добавке 6% коллоид, хотя и сохраняет определенную текучесть, в целом подвергается воздействию силы тяжести и принимает провисающий вид, при этом на дне образуются заметные следы стекания; при добавке 8% и 10% коллоид практически полностью сохраняет первоначальную форму нанесения, демонстрируя превосходные антипровисающие свойства. Это свидетельствует о том, что гидрофобный газофазный диоксид кремния в оптимальном количестве способен значительно усилить трексогенность и загущающий эффект эпоксидной смолы.
Основная причина этого явления заключается в том, что газофазный диоксид кремния образует в системе смолы трехмерную сетевую структуру. При низкой концентрации добавки (например, 6 %) между частицами ещё не сформировался сплошной каркас, и она способна лишь частично ограничивать свободное перемещение молекул смолы; по мере увеличения содержания до 8% и выше наноразмерные частицы диоксида кремния соединяются между собой посредством ван-дер-ваальсовых сил и водородных связей, образуя «пространственную сетевую структуру», которая в состоянии покоя (при низком сдвиговом усилии) поддерживает высокую вязкость и препятствует течению коллоида; при перемешивании или воздействии внешней силы эта структура может временно разрушаться, восстанавливая текучесть и обеспечивая хорошие технологические характеристики, то есть хорошие трексовые свойства. Одновременно гидрофобная обработка обеспечивает отталкивание воды с поверхности диоксида кремния, снижая межфазное натяжение с полимером, что дополнительно повышает однородность дисперсии и стабильность.
Стоит отметить, что, хотя добавка в количестве 10 % дает наилучший результат, следует помнить о возможных негативных последствиях передозировки, таких как снижение прочности или рост затрат. Поэтому при практическом применении необходимо комплексно учитывать требования к эксплуатационным характеристикам и экономическую эффективность технологического процесса, чтобы оптимизировать оптимальное соотношение добавки газофазного диоксида кремния.
Доля добавления гидрофобного газофазного диоксида кремния определяет сопротивление провисанию эпоксидных клеев для ветроэнергетики; добавление в количестве 8–10 % позволяет достичь оптимального соотношения реологических характеристик и технологичности, что обеспечивает высокое качество монтажа ветроэнергетического оборудования. Данное исследование предоставляет данные для оптимизации рецептуры эпоксидных клеев для ветроэнергетики и демонстрирует ценность применения наноматериалов в сфере производства высокотехнологичного оборудования. Под руководством целей «двойного углерода» точная регулировка состава и характеристик материалов, способствующая развитию ветроэнергетического оборудования в направлении повышения эффективности и надежности, придаст новый импульс «зеленому» преобразованию отрасли чистой энергетики.