CN103059650B - 一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料及其用途，首先按照重量百分比计，分别称取高分子树脂10%~15%、二氧化钛20%~25%，二氧化硅30%~35%，类钻碳为3%~5%；溶剂为19%~32%；然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳复方混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰，高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
Description
技术领域
本发明涉及一类防覆冰纳米复合涂料及用途，具体涉及一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料及其用途，属于化学化工、材料技术领域。
背景技术
最近几年，由于受全球气候变化的影响，气候条件不确定因素增多，极端气候事件出现的频次、强度均呈增加趋势，电网在灾害性天气条件下发生故障明显增加，尤其近年来输电线路发生跳闸故障明显增加，严重威胁着线路的安全运行。覆冰和积雪是一种自然现象，然而对于电力系统覆冰则是自然灾害，线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行。输电线路覆冰对电力系统造成的危害包括引起导线舞动、断线、杆塔倒塌以及引发闪络等机械及电气事故。输电线路覆冰积雪严重威胁着电力及通信网络的安全可靠运行。
一般来说，导线的覆冰现象是由于各种气象原因而形成的，其中主要包括温度、湿度、冷暖空气对流、环流和风速等因素。冬季雨中含有过冷的水滴，这种水滴极不稳定，因没有结晶核的存在而以液态形式存在，一旦下落到导线上，导线将作为结晶核的作用而使过冷水滴迅速结冰并且覆盖在导线上，形成所谓的覆冰。从形成机理来看，覆冰可以分为如下几种：（1）大气中的水汽在过饱和时附着和升华凝结，形成的放射状的结晶称为雾凇。一般来说，雾凇形成时水滴比相互紧密结合所需要的时间提前冻结，形成了包含许多空隙或者气泡的干燥的冰。因此，这样的冰密度较小，也比较松散。（2）大气中的过冷水滴在导线的迎风面形成清澈光滑透明的覆冰称为雨凇。这类水滴冻结的时间比碰撞的时间要长。因此，形成的覆冰光滑而紧密，密度较大，并且与导线的附着力强。（3）过冷水滴在迎风面形成透明与不透明交替重叠或类似毛玻璃的冰层。这类覆冰的附着力也比较大，一般难以除去。
覆冰的危害是人们有目共睹的，人们也努力寻找经济适用、环保、可操作性强的防治覆冰的方法。目前，防覆冰涂料研制是防覆冰的主要方向之一。主要包括光热型防覆冰涂料、电热型防覆冰涂料和憎水型涂料三类。光热型防覆冰涂料通过吸收太阳光而提高导线的温度，从而使导线温度在水的冰点以上，从而达到防覆冰的要求。这类涂料由于受天气原因限制，在冰雪的天气，一般光线都不强，很难起到应有的作用，故而研究较少，应用前景较小。电热型防覆冰涂料通过导线上的电热而保持导线的温度，从而使导线在水的冰点以上。这类涂料一般是在涂料中掺入少量导电物质，从而使涂层形成一半导体层，导线形成微小的漏泄电流从而产生电热。此类涂料由于对电能的损耗较大，应用前景有一定的限制。因此，光热型和电热型防覆冰涂料的实用性较差。然而，憎水型涂料通过降低水或冰与导线之间的结合力，从而防止结冰。该类型涂料通过在基材表面涂防覆冰的涂料，减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，再利用风和自然力的作用使冰容易脱离基材表面。此类方法简单易行、成本低，在很多地方可以起到减少冰灾的作用。即便在极端条件下需采用人工除冰时，也因为冰对基材表面附着力小，工作难度可大为减少。
纳米涂料一般由纳米材料与有机涂料复合而成，更严格地讲应称作纳米复合涂料。纳米复合涂料必须满足两个条件：一是至少有一种材料的尺度在1～100nm之间，二是纳米相使涂料性能得到显著提高或增加了新功能，二者缺一不可。广义上讲，纳米涂层材料包括两种：金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶相，无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而得。通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。
现有涂料技术主要分为两大方向：超疏水表面及超亲水表面。所谓的超疏水表面可以透过表面的纳米微结构，再涂上一层氟碳或氟硅树脂来达成。超疏水表面虽具有抗污易洁作用，但油渍或雨水仍会在疏水性表面形成小滴的污渍或水垢，不容易从表面掉落，干燥后就很难清除。超亲水表面可透过改变基材之表面物理结构，或是涂布亲水材料来完成。一般常见之亲水性材料包含界面活性剂、沸石、或光触媒等材料。但界面活性剂寿命短，何能真正作到让包括为金属、玻璃、玻璃陶瓷、电力缆线等具有防污、防覆冰及高耐磨损，将是本领域相关人员所极力企求的。
发明内容
本发明提供了一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料及其用途，它解决了现有的防覆冰涂料在防污、防覆冰及耐磨损等方面的不足。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，按照重量百分比计，它包括高分子树脂10%~15%、二氧化钛20%~25%，二氧化硅30%~35%，类钻碳为3%~5%；溶剂为19%~32%。
本发明的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料还包括氟化物，氟化物的加入量为3%~5%。
所述的高分子树脂为至少一种的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和聚碳酸酯。
所述的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳50%~60%，硅20%~30%，锗10%~20%。
所述的氟化物为氟化钙、氟化钠、萤石和氟磷灰石，优选氟磷灰石。
所述的溶剂，按照重量百分比计，它包括水60%~70%，氨水30%~40%。
本发明的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法：首先按照重量百分比计，分别称取高分子树脂10%~15%、二氧化钛20%~25%，二氧化硅30%~35%，类钻碳为3%~5%；溶剂为19%~32%；然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳复方混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm；最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。
本发明中的类钻碳，具有钻石特性的碳硅类混合物（类似金刚石、纳米钻石等），混合后提升涂料的硬度、耐磨损及抗腐蚀性。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
本发明的有益效果：
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料具有以下优点：
（1）本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料具有优良单向导热性。
根据导线的载流量对3根导线施加相同的电流并进行导线温升试验，其中在1#、2#导线的表面涂有不同厚度的本发明所制备的于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，3#导线为没有涂本发明所制备的于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，测试的环境温度为：11℃，测试结果见表1。
表1不同导线的温升试验结果
（2）本发明的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料具有高硬度、宽耐温型、高耐酸碱盐、高附着力和优良绝缘阻隔等优点具体如下：
高硬度：ASTM测试高达8～9H；
耐温：裂解温度300℃～1000℃；
耐酸碱盐：经SGS测试，通过耐酸碱盐验证；
高附着力：横切黏附力(ASTM)测试劳度4～5B，中国CMA测试认证为0级，时效长达10年以上
绝缘阻隔：抗3000V电压。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，分别称取高分子树脂10%~15%、二氧化钛20%~25%，二氧化硅30%~35%，类钻碳为3%~5%；溶剂为19%~32%；然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。
本发明的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料还包括氟化物，氟化物的加入量为3%~5%。
所述的高分子树脂为至少一种的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和聚碳酸酯。
所述的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳50%~60%，硅20%~30%，锗10%~20%。
所述的氟化物为氟化钙、氟化钠、萤石和氟磷灰石，优选氟磷灰石。
所述的溶剂，按照重量百分比计，它包括水60%~70%，氨水30%~40%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例1
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚乙烯10%、二氧化钛20%，二氧化硅35%，类钻碳为3%；氟化钙5%；溶剂为32%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳50%，硅30%，锗20%；溶剂按照重量百分比计，它包括水60%，氨水40%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例2
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚丙烯15%、二氧化钛25%，二氧化硅33，类钻碳为5%，氟磷灰石3%，溶剂为19%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳60%，硅25%，锗20%；溶剂按照重量百分比计，它包括水70%，氨水30%%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例3
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚氯乙烯13%、二氧化钛24%，二氧化硅35%，类钻碳为4%，氟化钠2%，萤石2%，溶剂为20%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1～100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳55%，硅25%，锗20%；溶剂按照重量百分比计，它包括水65%，氨水35%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例4
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚苯乙烯10%、二氧化钛25%，二氧化硅35%，类钻碳为3%，溶剂为27%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳55%，硅25%，锗20%；溶剂按照重量百分比计，它包括水70%，氨水30%%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例5
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚四氟乙烯15%、二氧化钛23%，二氧化硅30%，类钻碳为4%；溶剂为28%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括54%，硅28%，锗18%；溶剂按照重量百分比计，它包括水65%，氨水35%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
实施例6
一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，首先按照重量百分比计，称取聚碳酸酯13%、二氧化钛20%，二氧化硅33%，类钻碳为5%；溶剂为29%，然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1~100nm，最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。其中所用的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳60%，硅25%，锗20%；溶剂按照重量百分比计，它包括水60%%，氨水40%。
本发明制备的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料用于电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。涂料的使用可以采用刷涂、擦涂、手工辊筒施工、空气喷枪或无空气喷枪喷涂、静电喷涂、热喷涂、辊涂、浸涂等常规的施工方法。
本发明的涂料使高压电线具有防污、防覆冰及高耐磨损等优点，是一种长期、高效、方便、经济而切实可行的主动抗冰雪灾害方法，实现延缓和阻止过冷水滴高压输电线路上结冰。高压线路在雨雪天气不产生覆冰或产生微量覆冰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，其特征在于：按照重量百分比计，它包括高分子树脂10％～15％、二氧化钛20％～25％，二氧化硅30％～35％，类钻碳为3％～5％，溶剂为19％～32％；
所述的高分子树脂为至少一种的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和聚碳酸酯；
所述的溶剂，按照重量百分比计，它包括水60％～70％，氨水30％～40％；
还包括氟化物，氟化物的加入量为3％～5％；
所述的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳50％～60％，硅20％～30％，锗10％～20％。
2.如权利要求1所述的一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，其特征在于：所述的氟化物为氟化钙、氟化钠、萤石、氟磷灰石的任意一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料，其特征在于：所述的氟化物为氟磷灰石。
4.一种如权利要求1所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，其特征在于：首先按照重量百分比计，分别称取高分子树脂10％～15％、二氧化钛20％～25％，二氧化硅30％～35％，类钻碳为3％～5％；溶剂为19％～32％；然后将高分子树脂、二氧化钛、二氧化硅和类钻碳混合均匀，研磨，使其颗粒粒径为1～100nm；最后将混合研磨均匀后的原料加入到溶剂，充分搅拌，即得所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料。
5.根据权利要求4所述的一种用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料的制备方法，其特征在于：所述的高分子树脂为至少一种的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和聚碳酸酯；所述的类钻碳，按照重量百分比计，它包括碳50％～60％，硅20％～30％，锗10％～20％；所述的氟化物为氟化钙、氟化钠、萤石和氟磷灰石；所述的溶剂，按照重量百分比计，它包括水60％～70％，氨水30％～40％。
6.权利要求1所述的用于高压输电线路防覆冰的纳米涂料在电力系统及通信网络的输电线路、导线、导线金具、杆塔、拉线、拉线固定件的应用。
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