一种绝缘子防覆冰超疏水涂层及其制备方法技术

本发明专利技术属于涂层技术领域，具体涉及一种应用于绝缘子防覆冰的超疏水涂层及其制备方法。首先，在玻璃绝缘子上喷涂一层PDMS(聚二甲基硅氧烷)底膜，然后以蜡烛烟灰作为牺牲模板，在一定条件下与PDMS发生作用，构造粗糙网孔结构膜，最后喷涂HDTMS(十六烷基三甲氧基硅烷)底表面改性剂。得到的样品，疏水角可达160

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘子防覆冰超疏水涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于涂层
，具体涉及一种应用于绝缘子防覆冰的超疏水涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]输电线路覆冰严重危害电力系统的安全运行。绝缘子是输电系统中重要的绝缘设备，其覆冰后不仅会造成线路的绝缘性能下降引起放电事故，还会造成绝缘子串重量大幅增加使塔负荷过大而倒塌，严重危害电力系统的可靠运行。研究表明，自然界覆冰必须具备三个必要条件：(1)大气内必须要有足够的过冷却水滴；(2)大气内的过冷却水滴被材料表面所捕获；(3)被捕获的过冷却水滴立即或在离开材料表面之前被冻结。对于防覆冰技术而言，第一及第二个条件属于自然现象，为不可控因素，因此，要想达到主动式防覆冰的效果，可以设计合理的防覆冰涂层达到防覆冰目的。按照结冰的三个阶段，防覆冰作用的机理可以分为以下三类：一是促进液滴滚落；二是影响或延迟结晶过程；三是降低结晶后冰对基质的附着力。如果能达到上述因素的控制，就能实现最直接、有效的防覆冰效果。实际上，研究者们也正是基于以上方面的考虑，进行了大量基于疏水性材料除冰的探索。若能在绝缘子表面构造具有微纳结构，有望防止冰晶粘附后结冰或形成覆冰；即使有少量覆冰形成，也能在有风条件下轻易脱落掉，从而从根本上绝缘子覆冰造成的危害。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种在绝缘子上制备防覆冰超疏水涂层的方法，首先喷涂具有一定PDMS底膜，该底膜具有优异的耐热性、电绝缘性、耐候性；然后利用蜡烛火焰将蜡烛烟灰与未固化的PDMS薄膜相结合，在PDMS底膜上构造粗糙结构；接着利用高温煅烧去掉蜡烛烟灰，在此过程中，PDMS与蜡烛灰之间发生相互作用，随着蜡烛灰的去除，PDMS膜转变成具有一定粗糙度的网孔结构。最后，喷涂HDTMS低表面能改性剂，干燥后即可得到透明的超疏水涂层。涂层的透射率可达88.261%，疏水角可达160
°
左右，滚动角小于10
°
。
[0004]一种绝缘子防覆冰超疏水涂层，防覆冰超疏水涂层从内到外依次为PDMS为底膜、石蜡烟灰、HDTMS涂层，其中，各层的厚度为20~800μm、50~1000nm、20~800nm。
[0005]石蜡在燃烧过程中不断变短，燃芯到绝缘子的距离不断变远，在绝缘子表面沉积碳黑的时间也会相应增加。而将石蜡太过于靠近绝缘子，内焰温度不够，在沉积碳黑的过程中，PDMS底膜最终无法固化，那么绝缘子表面就会出现亮黑色区域利用蜡烛的不充分燃烧产生的碳黑，沉积表面并且能嵌入未固化的PDMS底膜。然后在蜡烛外焰的温度下，PDMS底膜逐渐固化，多余的碳黑附着在绝缘子表面，利用高温煅烧去除表面多余碳黑并且在内部形成一定的粗糙结构。然而，沉积过厚的蜡烛烟灰，会使得最后不能完全去除表面沉积的多余碳黑，而沉积过薄的碳黑，会使得在高温煅烧去除碳黑的规程中，碳黑颗粒不能保护到PDMS底膜，从而将底膜破坏。
[0006]一种绝缘子防覆冰超疏水涂层的制备方法，具体实验步骤如下：
（1）PDMS底膜溶液的制备：将一定量的聚二甲基硅氧烷与正己烷混合，搅拌均匀后制得PDMS底膜溶液；（2）HDTMS溶液的制备：将一定量的十六烷基三甲氧基硅烷、去离子水和无水乙醇混合，搅拌均匀后制得HDTMS溶液；（3）玻璃绝缘子的清洗：用洗涤剂、无水乙醇和去离子水反复清洗玻璃绝缘子后，烘干待用；（4）将清洗干净的绝缘子喷涂步骤（1）所述PDMS底膜溶液，在室温下放置1~3个小时，得到PDMS底膜未固化的绝缘子；（5）将步骤（4）中的PDMS底膜未固化的绝缘子倒置在石蜡上方，石蜡燃芯到绝缘子的初始距离为3cm，燃烧石蜡，使PDMS底膜表面沉积一层均匀的蜡烛烟灰后室温放置1~2个小时；（6）将步骤（5）中得到的样品在500
‑
600℃下煅烧后喷涂步骤（2）所述HDTMS溶液，干燥后得到绝缘子防覆冰超疏水涂层。
[0007]步骤（1）中聚二甲基硅氧烷主剂、Sylgard 184硅橡胶固化剂、正己烷的质量比为1
‑
10：0.1
‑
1：18
‑
25。
[0008]步骤（2）中十六烷基三甲氧基硅烷、去离子水、无水乙醇的质量比为5
‑
10：3
‑
25：10
‑
27。
[0009]步骤（4）中PDMS底膜的喷涂量为5
‑
10 g/m2，喷涂结束后室温放置1~3个小时，此时PDMS膜是未固化状态。优选为PDMS底膜的喷涂量为7.21 g/m2。
[0010]步骤（5）中PDMS底膜未固化的绝缘子与石蜡燃芯之间初始距离为2
‑
5cm，石蜡燃烧状态下沉积5
‑
25分钟。优选为PDMS底膜未固化的绝缘子与石蜡燃芯之间初始距离为3cm，石蜡燃烧状态下沉积15分钟。
[0011]步骤（6）中将沉积了蜡烛烟灰的样品从室温以10℃/分的速率上升至570℃，保温100
‑
120分钟，降至室温后喷涂HDTMS溶液的量为10
‑
16 g/m2。优选为喷涂HDTMS溶液的量为14.42 g/m2。
[0012]当未固化的PDMS底膜在蜡烛外焰下，石蜡燃烧产生的碳黑会沉积在表面并且嵌入未固化的表面。在蜡烛外焰温度的影响下，PDMS底膜会逐渐固化，包裹着碳黑的底膜，在高温下底膜反过来会被碳黑颗粒保护。但是这时烟灰颗粒与PDMS底膜之间是靠范德华力作用连接，易碎，一摸就掉。然而，在去除碳黑的过程中，高温煅烧使得PDMS与碳黑颗粒之间发生反应，去除表面未嵌入的碳黑颗粒同时将已嵌入的碳黑颗粒与PDMS之间定向连接，形成球形颗粒组成的多孔网络结构。
[0013]专利的优点1.镀膜方式简单，制备成本低廉；2.完全可以在玻璃绝缘子上镀膜成功，有着实际的应用，可以大面积镀膜，并且对物体外观没有影响；3.具有优异的疏水自清洁能力，样品结构稳定；4.具有防覆冰性能，有解决户外电气设备因为覆冰造成损失的潜力；5.具有自修复的能力，在防覆冰测试后，对样品进行干燥，仍有着优异的疏水自清洁能力。
附图说明
[0014]图1 实施例1样品的SEM表征，A为在5万倍镜下观察到的样品结构形貌、B为和C为10万倍镜下观察到的样品多孔网络结构、D为1万倍镜下观察到的样品形貌。
[0015]图2 实施例1样品的疏水角。
[0016]图3 实施例1样品的光学照片。
[0017]图4 实施例2样品的疏水角。
[0018]图5 实施例3样品的疏水角。
[0019]图6 实施例3样品的SEM表征，A为尺度为1微米的样品结构形貌图、B为尺度为1微米的样品结构形貌图。
[0020]图7 实施例4样品的亲水效果图，A为水滴即将触碰到样品表面图片、B为水滴触碰到样品表面瞬间消失的图片、C为在上一个水滴润湿样品表面后从针管里流出的下一滴水滴。
[0021]图8 实施例5样品的疏水角。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘子防覆冰超疏水涂层，其特征在于，防覆冰超疏水涂层从内到外依次为PDMS为底膜、石蜡烟灰、HDTMS涂层，其中，各层的厚度为20~800μm、50~800nm、20~800nm。2.一种绝缘子防覆冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于，具体实验步骤如下：（1）PDMS底膜溶液的制备：将一定量的聚二甲基硅氧烷与正己烷混合，搅拌均匀后制得PDMS底膜溶液；（2）HDTMS溶液的制备：将一定量的十六烷基三甲氧基硅烷、去离子水和无水乙醇混合，搅拌均匀后制得HDTMS溶液；（3）玻璃绝缘子的清洗：用洗涤剂、无水乙醇和去离子水反复清洗玻璃绝缘子后，烘干待用；（4）将清洗干净的绝缘子喷涂步骤（1）所述PDMS底膜溶液，在室温下放置1~3个小时，得到PDMS底膜未固化的绝缘子；（5）将步骤（4）中的PDMS底膜未固化的绝缘子倒置在石蜡上方，石蜡外焰到绝缘子的初始距离为3cm，燃烧石蜡，使PDMS底膜表面沉积一层均匀的蜡烛烟灰后室温放置1~2个小时；（6）将步骤（5）中得到的样品在500
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600℃下煅烧后喷涂步骤（2）所述HDTMS溶液，干燥后得到绝缘子防覆冰超疏水涂层。3.根据权利要求2所述的绝缘子防覆冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中聚二甲基硅氧烷主剂、Sylgard 184硅橡胶固化剂，正己烷的质量比为为1
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25。4.根据权利要求2所述的绝缘子防覆冰超疏水涂层的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖婷，魏珂，谭新玉，姜礼华，李欣义，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：