【摘 要】
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近年雨雪天气频发而引起输电线路大面积覆冰,是影响电网供电稳定性的主要原因之一。常见的覆冰危害包括:导线断裂、金具受损、横担损坏、断塔、倒塔、绝缘子闪络、相间闪络等,造成巨大的经济损失和社会影响。因此,输电线路防冰/除冰的研究具有工程价值和应用前景。本文研究了输电线路用光热超疏水涂层的制备方法,并测试分析了光热超疏水涂层的润湿性,通过结冰、融冰等试验研究了光热超疏水涂层的被动防冰和主动除冰性能。论文
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近年雨雪天气频发而引起输电线路大面积覆冰,是影响电网供电稳定性的主要原因之一。常见的覆冰危害包括:导线断裂、金具受损、横担损坏、断塔、倒塔、绝缘子闪络、相间闪络等,造成巨大的经济损失和社会影响。因此,输电线路防冰/除冰的研究具有工程价值和应用前景。本文研究了输电线路用光热超疏水涂层的制备方法,并测试分析了光热超疏水涂层的润湿性,通过结冰、融冰等试验研究了光热超疏水涂层的被动防冰和主动除冰性能。论文主要内容如下:(1)为了提高光热超疏水涂层的户外应用稳定性,本文提出了一类通过高温烧结和逐层涂覆制备光热超疏水涂层的方法。利用低表面能的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)作为粘结剂,通过高温烧结法,将纳米金刚石(nano-diamond,ND)自相连或者桥接至MXene表面,构成光热疏水粒子。采用逐层涂覆法,在光热疏水粒子与基体之间引入室温硫化硅橡胶,提高了复合粒子的分散性和功能涂层与基体的粘结力。(2)利用高温烧结法,以纳米金刚石为纳米结构单元通过微米聚四氟乙烯自相连,构造了具有微/纳结构的二元复合粒子PTFE/ND,并通过逐层涂覆法,制备了R-PND光热超疏水涂层。对该涂层的表面3D形貌、微观形貌、润湿性能进行分析,测试了其防冰、光热除冰能力。结果表明,制备的R-PND13涂层接触角为158.78°,滚动角为2.38°,展现出超疏水特性,可提高湿闪电压。结冰时间为184 s、冰黏附强度为81.86 k Pa、融冰时间为120 s,展现出良好的的防冰/除冰性能。此外,经过水冲、沙冲、高温和紫外照射等环境模拟试验,R-PND13涂层依旧保持超疏水特性。(3)在此基础上,进一步引入光热单元MXene,利用PTFE将ND桥接至MXene表面,合成了具有微/纳结构的三元复合粒子MXene/PTFE/ND,并制备了R-MPND光热超疏水涂层。对该涂层的表面3D形貌、微观形貌、润湿性能进行分析,测试了其防冰、光热除冰能力。结果表明:制备的R-MPND1.00涂层接触角为160.2°,滚动角为1.4°,展现出超疏水特性,可提高湿闪电压。液滴在其表面的结冰时间403 s、冰黏附强度低至56.43 k Pa。在一个太阳光照射下平衡温度达到109.3℃,使2 mm厚覆冰在15 min内融化并去除,展现出良好的光热除冰性能。此外,经过水冲、沙冲、高温和紫外照射等环境模拟试验,R-MPND1.00涂层依旧保持超疏水特性。
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