耐磨超疏水半导体硅橡胶复合涂层制备方法与防冰性能研究

摘要

架空输电线路受冰雪气候影响容易产生覆冰，覆冰产生的机械和电气破坏是输电线路的主要危害。因此，开发输电线路新型防冰技术具有重要的学术意义和工程价值。本文研究了一种耐磨超疏水半导体硅橡胶复合涂层的制备方法，测试并分析了涂层的耐磨、疏水和介电等特性，在人工气候室观测了超疏水半导体复合涂层表面自弹跳液滴带电现象及防冰性能。论文的主要内容有：
　　①研究了处理废旧硅橡胶的大气电弧法，制备出具有超疏水性的微/纳米硅橡胶复合填料，对废旧硅橡胶经过大气电弧放电后在铜电极表面形成的超疏水涂层的微观结构和化学成分进行了分析，测试了超疏水涂层的耐磨性能；进一步，通过分析耐磨性超疏水涂层在微观结构与化学成分方面所需具备的条件，提出了一种在大面积、复杂结构表面制备耐磨超疏水涂层的移动喷涂法，采用该方法成功制备出具有微/纳复合粗糙表面的耐磨超疏水涂层，测试了耐磨超疏水涂层的憎水性和附着力等级，分析了机械磨损对涂层憎水性、微观结构和化学成分等理化性能的影响；最后，分析了超疏水涂层在低温、高湿环境下表面微观凝露、结霜是涂层防冰失效的原因。
　　②提出了耐磨超疏水硅橡胶涂层半导体杂化方法，利用电热效应提高了超疏水涂层表面温度。同时测试了半导体涂层的超疏水性能、耐磨性能和附着力，结果表明，半导体涂层仍保持超疏水性能、良好的耐磨性和高附着力。进一步试验研究了超疏水半导体涂层的发热性能，测试了涂层表面的温度分布及半导体含量对涂层表面温升的影响。
　　③研究了碳超疏水半导体和聚苯胺超疏水半导体涂层的介电常数、介质损耗因数、表面/体积电阻率、体积电阻率-温度关系，同时测试了涂层的工频闪络电压和工频泄漏电流。分析了碳超疏水半导体涂层工频介电常数出现负值的原因，并利用负介电常数解释了碳超疏水半导体涂层闪络电压低的原因。结果表明，聚苯胺超疏水半导体涂层在高场强下能提高涂层电阻、抑制泄漏电流，减少半导体涂层热逃逸。
　　④研究了超疏水半导体复合涂层低温环境下的结霜微观过程。通过对超疏水半导体涂层在低温环境下的表面微液滴自弹跳现象、液滴带电量、带电类型和液滴电动行为的实验研究与分析，证明了超疏水半导体涂层具备延缓涂层结冰的能力；进一步研究了涂层表面的融霜微观过程。结果表明，超疏水半导体涂层能借助液滴自弹跳和电动效应降低表面凝露量，延缓表面覆冰。同时，超疏水半导体涂层在电热作用下具有自除冰能力，能提高除冰效率。
　　⑤在人工模拟气候室里对超疏水半导体复合涂层的防冰性能进行实验研究。分别测试了超疏水半导体复合涂层的覆冰形貌、覆冰重量、覆冰工频闪络电压和工频泄漏电流。结果表明：聚苯胺超疏水半导体复合涂层具有良好的防冰性能，能够延缓绝缘子串覆冰，有效降低绝缘子串覆冰重量；在相同的覆冰条件下，聚苯胺超疏水半导体复合涂层能显著提高玻璃绝缘子串的覆冰工频闪络电压。
　　上述研究结果表明，采用移动喷涂法能够在大面积复杂曲面上制备出耐磨、稳定的超疏水半导体涂层，涂层具备较好的电气性能，并在低温覆冰实验中显示出良好的防冰效果。

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 本文研究内容

2 耐磨超疏水硅橡胶涂层制备方法

2.1 引言

2.2 大气电弧法试验研究

2.3 制备工艺与实现

2.4 耐磨超疏水硅橡胶涂层制备流程

2.5 涂层的附着力

2.6 涂层的疏水性能

2.7 涂层的耐磨性能

2.8 涂层存在的问题

2.9 小结

3 耐磨超疏水硅橡胶涂层半导体杂化方法

3.1 引言

3.2 制备方法

3.3 复合涂层表面的微观和化学表征

3.4 复合涂层的疏水性能

3.5 复合涂层的耐磨性能

3.6 复合涂层的附着力

3.7 复合涂层的发热性能

3.8 小结

4 耐磨超疏水半导体硅橡胶复合涂层介电与沿面电气性能

4.1 引言

4.2 复合涂层的介电常数

4.3 复合涂层的介质损耗因数

4.4 复合涂层的体积与表面电阻率

4.5 复合涂层的工频沿面闪络电压

4.6 复合涂层的工频泄漏电流

4.7 小结

5 耐磨超疏水半导体复合涂层结霜微观过程

5.1 引言

5.2 复合涂层覆冰实验

5.3 实验结果

5.4 小结

6 超疏水半导体玻璃绝缘子防冰性能的实验研究

6.1 引言

6.2 实验装置

6.3 实验方法

6.4 超疏水半导体复合涂层三角板覆冰实验研究

6.5 超疏水半导体复合涂层玻璃绝缘子串覆冰实验研究

6.6 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 后续研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读博士学位期间申请的专利

C. 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目