超疏水材料易脱冰耐候性及表面参数对覆冰剪切强度的影响研究

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覆冰问题一直以来都是业界的研究重点,覆冰造成的绝缘子覆冰闪络、导线覆冰舞动、倒杆倒塔问题,严重影响电网的安全稳定运行,甚至会造成不可估量的经济损失和社会影响。近年来,仿生超疏水材料因具有较好的接触角和水滴滚动特性,逐渐成为业界的研究热点之一,而其防冰性能也成为科研人员关心的重点问题。探究超疏水材料的防冰性能具有重要的工程应用价值。本文首先制备了HMDS(六甲基二硅氮烷)改性超疏水材料,将其覆冰剪切强度与RTV(室温硫化硅橡胶)对比,理论和实验(不同冻冰时间、覆冰环境温度)分析了覆冰剪切强度降低系数的大小。将新制备的含氟超疏水材料与HMDS改性超疏水材料对比,模拟电网运行的恶劣环境,探究了超疏水材料的易脱冰耐候性。理论计算了两种超疏水材料的固-液接触面积占比、表面能,结合接触角、滚动角分析了这些因素对覆冰剪切强度的影响,拟合得到了覆冰剪切强度的函数方程。主要工作如下:(1)基于分子改性法制备了HMDS改性超疏水材料,分析了表面微观结构和润湿特性。从分子间静电力的角度分析了HMDS改性超疏水材料相比RTV材料的覆冰剪切强度降低系数。控制冻冰时间、覆冰环境温度,对比了两种材料的覆冰剪切强度。(2)基于分子改性法制备了含氟超疏水材料,将其与HMDS改性超疏水材料对比,模拟电网运行的恶劣环境,探究了超疏水材料的易脱冰耐候性。考察了多次覆冰/脱冰、长时间酸腐蚀、长时间盐腐蚀、高温加速老化作用后,两种超疏水材料在覆冰剪切强度、接触角、滚动角等方面的变化情况。实验结果表明含氟超疏水材料具有更低的覆冰剪切强度,更优异的易脱冰耐候性。通过SEM扫描电镜,检测了恶劣条件作用后两种超疏水材料表面微观结构的变化情况。(3)对于正常和恶劣条件作用后的两种超疏水材料,根据Cassie方程和酸碱法计算了常温25.0℃、低温-6.0℃的固-液接触面积占比和表面能的大小。结果表明无论什么情况下含氟超疏水材料均具有更低的固-液接触面积占比和表面能。探究了表面能和低温、常温下的固-液接触面积占比、接触角、滚动角对覆冰剪切强度的影响。根据分析结果,拟合了材料的基本物理化学参数(低温固-液接触面积占比、表面能)与覆冰剪切强度的关系函数。
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