一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米涂层材料，提供一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法。本发明专利技术通过水解法制备出的防覆冰涂层具有大于150°的静态水接触角，应用在铝片上面不仅能够明显延缓结冰时间，而且能够减少覆冰面积，当10h后普通铝片达到全覆冰时，涂层覆冰面积仅为60%。在进行磨损之后仍具有一定的防覆冰性能。此外，应用到铝线能够还能明显降低脱冰力。

A Method for Preparing Aluminum-based Transmission Lines with Anti-icing Coatings

The invention relates to a nano-coating material, and provides a preparation method of an aluminum-based transmission line with an anti-icing coating. The anti-icing coating prepared by the hydrolysis method has a static water contact angle greater than 150 degrees. The application on the aluminum sheet can not only delay the freezing time obviously, but also reduce the icing area. When the common aluminum sheet reaches full icing after 10 hours, the icing area of the coating is only 60%. After wear and tear, it still has a certain anti-icing performance. In addition, the deicing force can be significantly reduced when applied to aluminium wire.

【技术实现步骤摘要】
一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法
一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法，属于材料领域、能源领域，主要涉及输电线路的覆冰问题，通过镀膜能够有效提升铝线防覆冰的能力。
技术介绍
输电线路覆冰和积雪严重威着胁寒冷地区的电力及通信网络的安全运行。线路覆冰常引起输电线路倒杆(塔)、断线和绝缘子闪络等重大事故，对电力系统的安全运行产生严重危害，造成巨大的经济损失。因此，世界各国早已开展了广泛的研究，设计出了防冰除冰的许多方案，到目前为止国内外防冰除冰技术有许多，如可控硅整流融冰装置、基于电磁力的除冰方法、利用电动机械装置的除冰方法、高频高压激励除冰方法和电脉冲除冰方法等。但是以上的方法都是被动除冰，不能达到防覆冰的效果。针对输电线路覆冰，应以防为主，在雪冻恶劣气候条件下，防止输电导线结冰，可以减少除冰作业，节省人力和物力。基于此，在输电导线表面涂覆防覆冰涂层以此来延长结冰、减少覆冰面积，从而达到有效防覆冰的目的。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法。所述的防覆冰涂层为混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶和疏水改性溶液，混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶提供了表面粗糙度，而疏水改性溶液降低涂层的表面能，使得其水接触角最高可达154°，滚动角小于10°。具备类“荷叶结构”的自清洁效应。此外，由于膜层的疏水性能，使得水很难浸润涂层内部，不容易产生钉扎效果，减少水滴在表面的附着，进而降低冰在表面的附着，起到延缓结冰和防覆冰的效果。一种铝基输电线路防覆冰涂层的制备方法，包括以下物质：混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶、疏水改性溶液。一种铝基输电线路防覆冰薄膜的制备方法，通过水热法合成二氧化硅溶胶，将PMMA溶液和二氧化硅混合搅拌均匀，具体包括以下步骤：（1）PMMA溶液的制备：将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）加入到丙酮中进行溶解，搅拌直至PMMA完全溶解；所述的聚甲基丙烯酸甲酯与丙酮溶液的质量比为1：20-30。（2）疏水改性溶液配制：将十六烷基三甲氧基硅烷，水和异丙醇按照一定的体积比进行配制；所述的十六烷基三甲氧基硅烷、异丙醇、水的体积比为3~5:85~87:10。（3）将正硅酸四乙酯（TEOS），异丙醇（IPA），H2O加入烧杯中，用氨水将混合溶液调至pH=8-10，然后在30-45℃下立即搅拌8-12h，之后在室温条件下陈化3-7天；之后将PMMA溶液加入其中，磁力搅拌30min后得到均匀溶胶。所述的正硅酸四乙酯，异丙醇，水按体积比为0.7~1:8-12:1。（4）防覆冰涂层溶液的制备：将配好的疏水溶液和混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶按1:1-2的体积比进行混合制备出防覆冰涂层溶液。（5）将清洗的铝基材料放入防覆冰涂层溶液中浸泡1-5分钟后自然晾干放入烘箱中，100-120℃下烘干得到具有防覆冰涂层的铝基输电线。所述的铝基材料包括铝片或铝线，所述的铝片或铝线在使用前需清洗，具体清洗步骤为：将铝线用砂纸打磨，把铝线、铝片依次经洗衣粉清洗、超声清洗、普通水清洗、超声清洗、丙酮清洗、去离子水清洗后烘干待用；专利的优点：1.镀膜方式简单，制备成本低廉。2.此镀膜液能在不同基底上镀膜，镀膜后成膜均匀性良好。3.此膜层具有超疏水自清洁性能，不仅能够实现表面自洁，同时能够延长冰在表面的附着，达到防覆冰的效果。附图说明图1为实施例1中镀膜铝片与未镀膜铝片与水的接触角，其中，a为未镀膜铝片水的接触角，b为镀膜后铝片与水的接触角。图2为实施例1中镀膜铝片冰附着随时间变化情况，其中，a为2小时及4小时的变化图，b为6小时及8小时的变化图。图3为实施例1中未镀膜铝片和镀膜铝片表面结冰随时间变化的情况。图4为涂层耐磨损测试模型图。图5为铝片镀膜前后及摩擦或的覆冰面积随时间变化情况。图6为未镀膜铝线和镀膜铝线的不同时间的结冰情况（A为铝线是未镀膜，B为铝线是镀膜过后的）。图7为脱冰力测试示意图。图8为镀膜前后的铝线的脱冰力大小随时间变化的关系。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案以及优点更加清楚，将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完成的描述。实施例1防覆冰涂层在铝片上的应用（1）PMMA溶液的制备：将0.5g的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）加入到20ml的丙酮中进行溶解，用玻璃棒搅拌直至PMMA完全溶解；（2）疏水改性溶液配制：将1.5ml十六烷基三甲氧基硅烷，5ml水和43.5mlIPA置于100ml烧杯中，35℃恒温磁力搅拌30h；（3）二氧化硅溶胶的制备：将1mlTEOS，10mlIPA，1mlH2O加入烧杯中，用氨水溶液将混合溶液调至pH=10，然后在45℃下立即搅拌12h，之后在室温条件下陈化3天；之后将PMMA溶液加入其中，磁力搅拌30min后得到均匀溶胶；（4）防覆冰涂层溶液的制备：将配好的疏水溶液和混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶各取10ml进行混合制备出防覆冰涂层溶液；（5）铝片的清洗：将铝片依次经洗衣粉清洗、超声清洗、普通水清洗、超声清洗、丙酮清洗、去离子水清洗后烘干待用；（6）铝片镀膜：将步骤（5）的铝片放入防覆冰涂层溶液中浸泡2min，自然晾干，然后放入烘箱中，在120℃下烘干60min得到铝片防覆冰涂层；通过接触角测量仪测试镀膜铝片及未镀膜铝片的接触角，未镀膜铝片与水的接触角为83°，镀膜后铝片与水的接触角为154°，如附图1所示；（7）将未镀膜铝片和镀膜铝片放入-10℃的恒温箱中，用过冷水（0℃）进行喷洒，每隔2h记录覆冰情况如图2所示，结果表明镀膜铝片（左侧）的结冰面积明显低于未镀膜铝片（右侧）。并将所有记录的覆冰面积通过坐标纸测算后绘制折线图，对比镀膜前后铝片的防覆冰效果，如图3所示；（8）在室温条件下，用30g粒径300-500μm的沙粒自25cm的高处落下，流速为60g/min，冲击与地面成45°角的镀膜铝片，来进行铝片的摩损，冲击试验模型如图4所示。重复步骤（7）记录数据并绘制铝片镀膜前后及摩擦或的覆冰面积随时间变化图，如图5所示。实施例2防覆冰涂层在铝线上的应用（1）PMMA溶液的制备：将0.5g的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）加入到20ml的丙酮中进行溶解，用玻璃棒搅拌直至PMMA完全溶解；（2）疏水改性溶液配制：将2ml十六烷基三甲氧基硅烷，6ml水和50mlIPA置于100ml烧杯中，45℃恒温磁力搅拌30h；（3）二氧化硅溶胶的制备：将0.7mlTEOS，10mlIPA，1mlH2O加入烧杯中，用氨水溶液将混合溶液调至pH=10，然后在40℃下立即搅拌12h，之后在室温条件下陈化5天；之后将PMMA溶液加入其中，磁力搅拌30min后得到均匀溶胶；（4）防覆冰涂层溶液的制备：将配好的疏水溶液和混有PMMA溶液的二氧化硅溶胶各取10ml进行混合制备出防覆冰涂层溶液；（5）铝线的清洗：将铝线依次经洗衣粉清洗、超声清洗、普通水清洗、超声清洗、丙酮清洗、去离子水清洗后烘干待用；（6）铝线镀膜：将步骤（5）的铝线放入防覆冰涂层溶液中浸泡5min，自然晾干，然后放入烘箱中，在120℃下烘干60min得到防覆冰铝线；（7）将未镀膜铝线和镀膜铝线放入-10℃的恒温箱中，用过冷水（0℃）进行喷洒，每隔一段时间（为了方便直观观察，没有采用特别固定的时间间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法，其特征在于，在碱性条件下制备疏水涂层，具体包括以下步骤：（1）聚甲基丙烯酸甲酯溶液的制备：将聚甲基丙烯酸甲酯固体粉末溶于丙酮溶液，搅拌溶解形成聚甲基丙烯酸甲酯溶液；（2）二氧化硅溶胶的制备：正硅酸四乙酯，异丙醇，水混合后，用氨水将混合溶液调至pH=8‑10，在30℃~45℃下搅拌8~12 h后在室温条件下陈化3~7天，得到二氧化硅溶胶，再加入步骤（1）中的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，搅拌得硅胶溶液；（3）疏水改性溶液的制备：将十六烷基三甲氧基硅烷，水和异丙醇混合，搅拌均匀后配成疏水改性溶液；（4）防覆冰涂层溶液的制备：将疏水改性溶液和硅胶溶液混合制备出硅基超疏水溶液；（5）将清洗的铝基材料放入硅基超疏水溶液中浸泡1‑5分钟后自然晾干放入烘箱中，100‑120℃下烘干得到具有防覆冰涂层的铝基输电线。

【技术特征摘要】
1.一种具有防覆冰涂层的铝基输电线路的制备方法，其特征在于，在碱性条件下制备疏水涂层，具体包括以下步骤：（1）聚甲基丙烯酸甲酯溶液的制备：将聚甲基丙烯酸甲酯固体粉末溶于丙酮溶液，搅拌溶解形成聚甲基丙烯酸甲酯溶液；（2）二氧化硅溶胶的制备：正硅酸四乙酯，异丙醇，水混合后，用氨水将混合溶液调至pH=8-10，在30℃~45℃下搅拌8~12h后在室温条件下陈化3~7天，得到二氧化硅溶胶，再加入步骤（1）中的聚甲基丙烯酸甲酯溶液，搅拌得硅胶溶液；（3）疏水改性溶液的制备：将十六烷基三甲氧基硅烷，水和异丙醇混合，搅拌均匀后配成疏水改性溶液；（4）防覆冰涂层溶液的制备：将疏水改性溶液和硅胶溶液混合制备出硅基超疏水溶液；（5）将清洗的铝基材料放入硅基超疏水溶液中浸泡1-5分钟后自然晾干放入烘箱中，100-120℃下烘干得到具有防覆冰涂层的铝基输电线。2.根据权利要求1所述的具有防覆冰涂层的铝基...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭新玉，李炜，黄悦华，付翊航，王嫚，杨瑷碧，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42