摘要
电力系统中的输电线路一旦出现覆冰现象就容易引起一系列的电气事故，严重时还会使线路和输电杆塔负载过重，从而造成线路断线、杆塔倒塌等事故，影响电网的安全运行。超疏水材料具有延缓结冰、降低冰的粘附力等优点，因此成为了输电线路防覆冰领域新的防护手段之一。在超疏水材料的众多研究中，基于SiO2纳米材料的研究最为广泛，但大部分涂层的合成工艺复杂，且涂层的力学性能以及耐老化性能较差，因此限制了工业化的发展。针对以上不足，本论文采用磁性搅拌的方式制备了防覆冰性能以及力学性能优异的超疏水材料，并应用于输电铝导线表面进行防覆冰性能研究。本论文主要的研究内容和结论如下： (1)采用磁性搅拌和旋涂的方式制备出SiO2/E44/ODA/HDTMS复合超疏水涂层。通过CA和SA表征方法探究不同SiO2含量对涂层疏水性能的影响，并分别对涂层的耐磨损性能和防覆冰性能进行测试。结果表明，涂层的CA随着SiO2含量的增加呈现出先变大后变小的趋势。当环氧树脂E44含量一定时，若只有较少的SiO2则难以形成完整涂层，而过量则会导致涂层龟裂。当SiO2含量为28%时，CA达到158.2±0.5°，SA为4.5±0.3°，此时疏水效果最佳。SiO2/E44/ODA/HDTMS超疏水涂层经过30次砂砾冲击后仍然可以保持优越的超疏水性能。在防覆冰测试中裸铝片上的水滴在202s时完全冻结，而疏水涂层表面的水滴在363s时才完全冻结。在应用测试中未涂覆涂层的一段铝绞线与涂覆涂层的一段铝绞线上覆冰量的不同也证明了涂层的防覆冰性能。结果表明，涂层的耐磨性能与防覆冰性能一般，但研究方法为后续的研究提供了基础。 (2)为了进一步提高涂层的防覆冰性能，尝试在溶液中加入光热转换材料，进而制备出MWCNTs/SiO2/PDMS/PVDF超疏水防覆冰涂层。通过SEM和AFM表征探究了涂层表面的微观形貌，并通过XPS、EDX以及FTIR探究了涂层的化学成分及化学键。通过酸碱盐测试、耐候性能测试和紫外线测试对涂层的耐酸碱性能、耐候性能和耐紫外性能进行测试。SEM表征结果表明，涂层表面存在许多形状不同的大团簇和小颗粒，表明涂层表面粗糙结构的存在。而傅里叶光谱上也观察到疏水基团-CF2和-CHn，表明了涂层表面低表面能基团的存在，这些结果解释了涂层疏水性能存在的原因。7个月的户外测试、在pH=1和pH=14的溶液中60h的浸泡以及60天的紫外灯照射后，涂层依然具有较好的疏水性能。上述测试结果证明涂层具有良好的耐酸碱性能、耐候性能和耐紫外性能。 (3)此外，本论文验证了MWCNTs/SiO2/PDMS/PVDF超疏水涂层的耐磨损性能、光热性能和防覆冰性能。疏水涂层在360目砂纸上经过大约80次磨损循环后，仍保持良好的超疏水性能。百格粘附力测试中，涂层被去除的面积不足5%。按GB/T9286标准，涂层的附着力水平可以被归类为1级。在250-2500nm的波长范围内，涂层对光的吸收率基本高于90%。在无光照条件下与裸铝基板相比，疏水涂层表面上水滴的起始冻结和完全冻结时间都延迟了两倍以上。而在0.2Sun的辐照强度下，涂层的光热转换性能不仅能防止100μL的水滴冻结，还能快速地融化已经完全冻结的冰晶。因此，即使在低温以及弱光照射条件下，疏水涂层也能有效地利用其光热性能进行防冰和融冰。测试结果证明了涂层优异的防覆冰性能。
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