PTFE膜防海洋生物附着效果及机制分析

为了解决海上风电桩海水腐蚀和海洋生物污损问题,选择具有低表面能的聚四氟乙烯(PTFE)材料,采用热挤压法制备了两种PTFE膜,分别为高密度PTFE膜(HD-PTFE,2.3 g·cm-3)和低密度PTFE膜(LD-PTFE,1.6 g·cm-3).HD-PTFE和LD-PTFE的结晶度分别为89.0％和79.0％,表面能分别为16.4和22.7 mN·m-1.将上述PTFE膜经氮气进行低温等离子体处理,再与R4088胶带(美国3M公司)进行物理复合制得具有自粘性的PTFE复合膜(即HD-PTFE膜和LD-PTFE膜).将这两种膜浸泡在海水中3年,发现LD-PTFE存在溶胀和脱落现象,而HD-PTFE仍可以保持原有的表面形貌结构,这归因于HD-PTFE的高密度、低表面能和高结晶性.为此,选择具有自粘性的HD-PTFE膜包覆在风电机组钢管桩(单桩)表面,经9个月海上实际运行和海底摄影,获得了HD-PTFE贴膜(T5单桩)和未贴膜(T4单桩)单桩表面的海洋生物沾附和附着结果.分析了HD-PTFE材料的防海洋污损的作用机制,提出了HD-PTFE材料的防止海洋生物黏附和污损机制是"吸附～临时固着～脱落～二次吸附(再聚集)"的反复循环,且不存在海洋污损生物的永久固着.这为海上静止和移动平台的防海洋生物黏附和污损提供了一种新方法,具有重要的理论和实践指导作用.