电力杆塔疏水涂料性能研究

电力杆塔疏水涂料性能研究

梁永纯1,赵书彦2,钟万里1,刘福春2,林介东1,史洪微2,韩恩厚2
(1.广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;2.中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点试验室,辽宁沈阳110016)

疏水涂料是指涂膜在光滑表面上的静态水接触角大于90°的一种低表面能涂料[1]。关于疏水涂料,国内外众多学者正在研究[2-6]。用该种涂料制成的涂层如果具有良好的疏水性,则会大大提高其抗离子扩散性和渗透性[7]。将疏水性涂料涂于输电导线、电力杆塔、绝缘子等表面,可降低冰在涂层表面的附着力,虽不能完全防止冰的形成,但可使冻雨和雪等冻结到导线或绝缘子之前就在自然力,如风力或导线及绝缘子的摆动力等的作用下自然滑落,或使冰、雪在导线和绝缘子上的附着力明显降低,达到防止覆冰、减小线路因覆冰出现事故的目的。聚四氟乙烯(poly tetrafluoroethene,PTFE)中氟元素的电负性最强,原子间作用力小,表面能很低,具有良好的疏水性能和润滑作用;而聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)具有良好的力学性能和较低的摩擦系数。本文在以聚氨酯树脂为成膜物质的涂料中分别加入PTFE和PEEK,得到具有疏水功能的复合涂料,并通过测试涂层的静态接触角,研究出一种耐候性良好且具有较好疏水性能的疏水涂料。

1 实验内容
1.1 主要原料及设备
主要原料有丙烯酸树脂、颜料、溶剂、各种助剂(由德国BYK 公司生产)、PTFE粉末、PEEK粉末和固化剂。涂层基体为Q235钢。
制备和检测涂料性能的设备有:球磨机、刮板细度计、接触角测定仪、紫外耐候性测试机、光泽计和色差计。
1.2 涂料制备
采用球磨机研磨的方法,按顺序将各种原料加入球磨罐中,加研磨珠。在一定的转速下,研磨至合适的细度,得到涂料。
1.3 涂层制备
基体涂覆之前基材用丙酮除油,用400号砂纸打磨以清除表面的锈、氧化皮等,再用丙酮除油,用无水乙醇擦洗,干燥,备用。采用空气喷涂方式制备涂层。喷涂时,将得到的疏水涂料配以合适的固化剂,加稀释剂调至适合的粘度。喷涂后,在室温下放置7天,使涂层固化,制得干膜,其厚度为(85±5)μm。
1.4 涂层测试
采用上海中晨公司生产的接触角测定仪进行接触角测试。将去离子水滴于涂层表面5 s后开始测试。每种涂层有3个平行试样,每个试样取5个点进行测量,共15次读数,取算术平均值。
采用紫外灯照射老化的方法进行耐候性老化试验。设定好环境温度和光照时间、雨淋时间、冷却温度和时间等各项参数,采用循环的方式,对涂层进行耐候性测试,并记录下一定的时间间隔测试的光泽和色差数据。

2 结果与分析
2.1 PTFE涂层和PEEK涂层的疏水性能
为了研究涂层的疏水性能与固化温度的关系,测定PTFE质量分数不同时,固化温度分别为25℃、50 ℃、120 ℃和200 ℃时涂层的水接触角。测量数据见表1。由表1可知,PTFE的质量分数相同时,固化温度越高,水接触角越大,疏水性能越好;而固化温度相同时,PTFE的质量分数越大,接触角越大,疏水性能越好。
表1 PTFE涂层质量分数、水接触角与固化温度的关系

表2为PEEK 涂层在不同固化温度条件的水接触角数据。由表2可知,PEEK的质量分数相同时,固化温度越高,水接触角越大,疏水性能越好;同一温度下,PEEK的质量分数越大,水接触角越大,疏水性能越好。
表2 PEEK涂层质量分数、水接触角与固化温度的关系

比较表1和表2的数据,得出结论:在相同条件下,PEEK涂层的疏水性能比PTFE涂层好。
2.2 老化试验对涂层疏水性能的影响
选用PEEK涂层测试紫外老化对涂层疏水性能的影响。图1为PEEK 的质量分数为10%和30%时的涂层原始试样和老化试验700 h后的表面形貌。从图1可看出,2种试样经老化700 h后,其表面没有起泡、锈蚀、开裂和漆膜剥落等现象。表3为试样光泽和色差数据。


图2为PEEK的质量分数为10%和30%时的涂层原始试样和老化试验700 h后的涂层的水接触角照片。从实验数据可看出,质量分数为10%涂层试样经老化700 h后,水接触角从原始的94.2°下降到90.2°,降低率为4.25%,而质量分数为30%涂层试样水接触角从119.6°下降到114.5°,降低率为4.26%。

3 结束语
在涂料中分别加入PTFE和PEEK 可提高聚氨酯涂层的疏水性能;测试静态水接触角的结果显示,涂层在常温固化后,其中PEEK 的质量分数为30%时的水接触角大于110°,涂层经紫外老化试验700 h后,质量分数为10%和30%的PEEK涂层的水接触角降低均不到5%,涂层保光率大于94%,说明PEEK涂层具有较强的应对紫外线的能力。研制成功的疏水涂料有望为电力杆塔、输电导线、绝缘子等电力设施提供防冰保护。

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