Powłoki samolotu odporne na lód i wodę

Powłoki antyoblodzeniowe, od których krople wody odbijają się jak kauczukowe kulki, opracowują naukowcy z Wrocławia. Zanim powłoki pokryją testowe skrzydło samolotu, ich trwałość i skuteczność będzie sprawdzana na dronach.

Nowe powłoki superhydrofobowe opracowuje dr Jacek Marczak, kierownik Laboratorium Materiałów Polimerowych z Polskiego Ośrodka Rozwoju Technologii (PORT) we Wrocławiu. Jego pomysły mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w branży energetycznej, budowlanej czy lotniczej. Powłoki mogłyby służyć jako pasywne systemy antyoblodzeniowe samolotów, czyli takie, które nie wymagają użycia energii, jak systemy stosowane obecnie.

Jak wyjaśnia naukowiec, powłoki superhydrofobowe sprawiają, że krople wręcz odbijają się od powierzchni powleczonego nimi materiału jak kulki kauczukowe. Ten efekt naukowcy obserwują na niektórych naturalnych, specyficznie zbudowanych strukturach, np. na powierzchni liści lotosu czy skrzydeł motyla. Także łuski rekina, oczy muchy – to naturalne powierzchnie hydrofobowe, jakie natura wytworzyła na drodze ewolucji.

Sztucznie stworzona powłoka o takim charakterze może mieć wiele zastosowań. Przede wszystkim może opóźniać zamarzanie kropel wody na powierzchni różnych obiektów. Wyniki badań wstępnych pokazały, że nowe powłoki opóźniają zamarzanie o 15-20 minut w porównaniu do powłok dostępnych komercyjnie. O tyle później zamarza kropla wody na powierzchni schłodzonej do minus 30 stopni. Zdaniem dr. Marczaka to bardzo dużo w porównaniu z tym, jak krótki jest czas kontaktu przechłodzonej kropli w chmurach ze skrzydłem samolotu.

Dr Marczak opracowuje powłoki na bazie nanokompozytów żywic epoksydowych. Kierownik Laboratorium Materiałów Polimerowych w PORT podkreśla, że na opracowanie i wdrożenie nowych powłok jest duże zapotrzebowanie ze strony przemysłu. Dotychczas stosowane rozwiązania, zapobiegające zamarzaniu powierzchni, mają wiele ograniczeń. Jak wylicza naukowiec, są kosztowne w utrzymaniu i zanieczyszczają środowisko poprzez emisję CO2 oraz uwalnianie toksycznych substancji na bazie glikoli. Jego zdaniem wprowadzenie skutecznych, ekologicznych i niedrogich rozwiązań antyoblodzeniowych byłoby szczególnie cenne na skrzydłach samolotów, rynnach, łopatach elektrowni wiatrowych czy turbinach. Powłoki superhydrofobowe mogą zabezpieczyć konstrukcje mostów przed korozją. Mogłyby też znaleźć zastosowanie wewnątrz betonowych chłodni kominowych.

Dr Marczak podkreśla, że powłoki łatwo można stosować na istniejących wcześniej powierzchniach. Oznacza to, że można nadać pożądane cechy obiektom będącym już w użyciu poprzez proste technicznie nałożenie tych powłok. "To rozwiązanie zaoszczędzi dużo pieniędzy, czasu i potencjalnych problemów przedsiębiorcom, którzy – chcąc usprawniać działanie dotychczas stosowanych urządzeń – nie będą musieli wymieniać ich w całości lub w części na nowe. Istotnym wyzwaniem jest też, by uzyskany efekt był możliwie jak najbardziej trwały i by powierzchnie były odporne mechanicznie. Docelowa odporność powłok planowana jest na kilka, a nawet kilkanaście lat" – tłumaczy badacz.

Naukowcy zamierzają dopracować skład i sposób wytwarzania takiej powłoki, a potem przetestować ją w laboratorium w tzw. komorach starzeniowych. Potem przeprowadzą testy w tunelu aerodynamicznym symulującym warunki oblodzenia. Badania będą prowadzone na fragmencie powleczonego skrzydła. W kolejnym etapie powłoka zostanie przeniesiona na drony ze skrzydłami o rozpiętości do 3 m. Powłoki będą testowane z użyciem kamer termowizyjnych na skrzydłach dronów, latających na wysokości 1000 m n.p.m. Trwałość i skuteczność uzyskanych powłok sprawdzać też będą w trybie całorocznym w bieżących warunkach pogodowych.

Projektu "Opracowanie technologii wytwarzania pasywnych systemów antyoblodzeniowych w postaci innowacyjnych powłok superhydrofobowych" (akronim ICE) rozpoczął się w styczniu tego roku.