【摘 要】
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风电叶片在恶劣的环境中长期运行,叶片前缘极易被环境中的固体颗粒冲蚀,破坏叶片表面完整性。在众多的叶片防护策略中,薄膜防护是最简单有效的防护方法。而在所有的薄膜类材料中,聚氨酯（TPU）类薄膜由于其质量轻、耐固体颗粒冲蚀性能好等优点在耐磨领域备受青睐。然而,由于TPU导热性能较差,不能满足冲击过程所产生的热量及时耗散的要求,普遍在TPU基体内填充一些导热性能良好的纳米填料,制备综合性能优异的耐固体颗
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风电叶片在恶劣的环境中长期运行,叶片前缘极易被环境中的固体颗粒冲蚀,破坏叶片表面完整性。在众多的叶片防护策略中,薄膜防护是最简单有效的防护方法。而在所有的薄膜类材料中,聚氨酯（TPU）类薄膜由于其质量轻、耐固体颗粒冲蚀性能好等优点在耐磨领域备受青睐。然而,由于TPU导热性能较差,不能满足冲击过程所产生的热量及时耗散的要求,普遍在TPU基体内填充一些导热性能良好的纳米填料,制备综合性能优异的耐固体颗粒冲蚀TPU基复合材料。目前,相关研究仍然存在一些问题:（1）许多研究只关注了单一纳米填料对TPU基复合材料耐固体颗粒冲蚀磨损性能的影响,而多种填料对其耐固体颗粒冲蚀磨损性能的增强效果研究较少;（2）纳米填料在基体中的分散性较差。（1）本实验以TPU为基体,石墨烯纳米片（GNP）和碳纳米管（CNT）为增强体,采用喷涂的方法制备出具有三维网状结构的NW@G/Cx,通过热压法将NW@G/Cx与TPU膜结合制备出类“三明治”结构的TPU-NW@G/Cx。研究结果表明,GNP/CNT能均匀分散在无纺布上并形成三维网络结构。这种特殊的三维网络结构有利于应力的传递,从而使得TPU-NW@G/C1.0的抗拉强度达到45 MPa,储能模量达到21.2 MPa,相比于纯TPU的拉伸强度和储能模量（35 MPa、8 MPa）分别提高了25%和171%;此外,GNP/CNT三维网络结构可有效地增强TPU链段稳定性,防止固体颗粒冲击过程中TPU表面材料脱落,使得TPU-NW@G/C1.2的耐固体颗粒冲蚀性能相比于纯TPU提高了37%;GNP/CNT在TPU基体中形成三维导热网络,增加了导热通路,有利于声子的传输,最终将TPU-NW@G/C1.2的导热系数提高至0.251 W/m·K,相比于纯TPU的导热系数提高了5.9%。（2）针对GNP/CNT在TPU基体中的团聚问题,本章采用PDA对GNP进行表面改性,以期获得分散性良好的PDA/GNP（PG）。第一部分实验结果表明,1.0 mg/m L的GNP/CNT的增强效果最显著,因此,本实验选用1.0 mg/m L PG和CNT与NW超声混合得到分散性更优异、界面结合力更强的三维网状NW@PG/CNT(NW@PG/C1.0),然后将不同层数NW@PG/C1.0与TPU膜通过热压技术制备TPU-NW@PG/C1.0*x(x代表NW@PG/C1.0的层数)。研究结果表明,NW@PG/C1.0与TPU基体之间强的界面结合力和独特的三维网状结构更有利于应力传递,使得添加了3层NW@PG/C1.0的TPU-NW@PG/C1.0*3的拉伸强度达到最大值为46 MPa,比纯TPU的拉伸强度提高了35%。提高GNP与TPU之间的界面相互作用有利于应力的有效传递进而使TPU-NW@PG/C1.0*x能承受更大的冲击力,因此,TPU-NW@PG/C1.0*3耐固体颗粒冲击性能对比纯TPU的耐固体颗粒冲击性能提高了78%。PDA可有效增强GNP与TPU之间的界面相互作用,这有利于扩大声子传输路径并降低GNP与TPU之间的界面热阻,从而将TPU-NW@PG/C1.0*3的导热系数提高至0.346 W/m·K,相比纯TPU的导热系数提高了45%。
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