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      1. 納米氟碳涂層在防污閃領域的應用研究
        2016-08-15 13:48:20 作者:本網整理 來源:涂料工業 分享至:

            普通電器設備外絕緣面時間一長,會有污垢粘附于其上,在濕潤條件下,如霧氣、露水、雨雪等,其中的可溶物漸溶,形成一層連續的導電膜,這樣會降低表面的電絕緣水平,導致泄漏電流,進而有局部電弧產生,甚至擊穿絕緣,此系列現象即為污閃。污閃直接的后果是各種設備裝置的損壞,對生產建設及經營活動造成危害,給人們的生活帶來不便。

            從源頭進行污閃防范的措施基本有4種:

            (1)清掃。一年一次,重污染的一季度一次,這將消耗大量人力。

            (2)調爬或采用合成絕緣子等。效果可以,但是價格高。

            (3)涂覆硅油等,有效期僅數月,清洗很是不便。

            (4)采用防污閃涂料。從性價比、后續維護的角度看,防污閃涂料比較有優勢。

            目前廣泛使用的防污閃涂料是RTV(室溫硫化硅橡膠),防污閃方面的單項指標可以,但綜合性能不高。其傘狀空間構型以硅原子居中,甲基結構于外緊密構成了封閉面。水接觸其上,形成小珠滾落,一時是不會形成連續膜的,即憎水性。但硅橡膠結構也導致它如果不經過補強,機械性能和其他性能則難以達到使用要求。

            納米氟碳防污閃涂料結構上與RTV大不相同。有機氟樹脂中C—F鍵長極短,基本是氟原子在外,形成圓柱體來屏蔽碳主鏈,使得化學品、紫外線等不易深入。C—F鍵能又是單鍵中最高的,破壞需要很大能量。更重要的是,其共聚單體結構交替排布,這種排列越規整,分子的穩定性就越大。另一方面,分子間作用力很低,整個體系表面能也低,涂層很難被水和有機物潤濕。這樣形成了憎水,也形成了初步的自清潔。由于憎水,不被水分潤濕,污垢不被離子化,防止了電流泄漏。憎水性越好,防污閃效果越突出。另外,氟原子極化率小,所以氟碳樹脂還具有化學惰性及熱穩定性。

            樹脂結構決定了涂料的基本性能,而制備綜合性能優良的涂料,還需涂料其他組分的優化搭配,共同貢獻。納米材料指的是尺寸在1~100nm的材料,由于它的特殊性能,會使普通的同一物質展現出特殊乃至反轉的物化特性。本研究綜合考慮了納米材料對機械性能、憎水性、自清潔的貢獻及原料的易獲得,選取了納米SiO2。同時,由于在低溫環境下,外絕緣面結冰也會出現閃絡,導致停電。因此選擇在涂料配方中添加有機金屬化合物來試圖改善這一現象。有機金屬化合物以一種溶膠態分散在涂料中,遇水形成的金屬氧化物可達到納米級,金屬氧化物有一定的光譜吸熱性,可吸收光能使表溫升高加速融化。

            1 試驗部分

            1.1 主要原材料

            實驗主要原材料如表1 所示。

         

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            表1 主要原材料、產地及基礎配方



            1.2 涂料的制備

            在三口燒瓶中加入金屬化合物,通氮氣,快速攪拌下滴加有機小分子化合物甲,充分反應3h;再滴加化合物乙,充分反應6h,最后得到有機金屬化合物溶膠備用。

            配制混合溶劑。將混合溶劑與所需的架橋劑1∶1 混勻,加入納米SiO2充分攪拌30min。然后加入FEVE樹脂,攪拌20min,組成A料。將潤濕分散劑、1/2的消泡劑加入到剩余的混合溶劑中,攪勻。慢慢加入鈦白粉,快速分散30min,組成B料。細度控制在≤40μm。將A料加入到B料中,再加入余下的消泡劑、流平劑及其他助劑,攪勻10min。在以上混合物中加入自制的有機金屬化合物,攪勻10min,得成品備用。涂料涂裝施工時,成品與HDI按配比使用。

            1.3 涂料的測試

            測試底材采用100mm×100mm瓷板,施工方法為空氣噴涂,施工厚度為0.3~0.5mm。在標準條件下干燥24h測試常規性能。附著力按GB/T 9286—1998;硬度按GB/T 6739—2006;憎水性按DL/T 864—2004測定;耐酸性按DL/T 627—2012;耐堿性按DL/T 627—2012測定;耐鹽水性按GB/T 1763—1979測定;耐水性按GB/T 1733—1993測定;自清潔按目測分優、良、中、差;耐沾污按GB/T 9755—2014測定;耐候性按GB/T 1865—2009測定;融冰測試以噴同樣厚度瓷板看液體水出現時間,冰層脫落時間;斷裂伸長率、拉伸強度按DL/T 627—2012測定;表面電阻率、體積電阻率、擊穿場強、污閃電壓、阻燃性送外單位檢測。

            2 結果與討論

            2.1 主成膜物的選定

            按1.2制備涂料,其中納米SiO2、架橋劑、有機金屬化合物均不加,方案A、方案B為兩種不同型號FEVE樹脂,方案C直接用外購RTV涂料。結果見表2。

         

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            表2 主成膜物的性能對比



            從附著力、硬度上看,氟碳是優于RTV的。氟碳側鏈上的羥基與HDI中的—NCO基團反應,組成網狀高分子,實際是聚氨酯結構,而RTV補強后才能接近前者。尤其令人關注的是,氟碳的自清潔、耐沾污性遠超后者。在憎水性(靜態接觸角)及相關的電氣性能上,RTV比氟碳占優。這與硅橡膠同系物組成密切相關。RTV中的一系列小分子不斷釋放,加強了憎水遷移性。方案A與B的區別在于氟含量和所帶基團的差異。氟含量高的配漆應更為注意潤濕分散,助劑方面不能一貫而之。整體考量,選用方案A的氟碳為主成膜物,但需要用其他補足短板。

            2.2 架橋劑的影響


            按1.2 制備涂料,其中不加有機金屬化合物,考慮到分子極性,架橋劑用鈦酸酯類,納米SiO2加至6%。結果見表3。

         

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            表3 架橋劑用量的影響



            無機與有機之間需要媒介,特別是無機納米微粒均勻分散在樹脂中是不容易的。架橋劑其實是一種兩親物質,一端親無機基團,可與無機填料作用;另一端親有機,可與有機樹脂作用。一般來說,架橋劑不僅可對無機填料進行化學結合及物理包覆,使之親油,還可提高涂層與底材附著。但過量的話,架橋劑之間會交聯,也影響親合作用。故實驗數據中,這個用量的架橋劑是逐步幫助提高了機械性能。測完機械性能,以上樣品再做憎水性,結果見圖1。

         

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            圖1 架橋劑用量與接觸角的關系



            增大架橋劑的量,發現水在涂層上的靜態接觸角由小轉大又趨小。說明架橋劑剛開始幫助了無機納米粒子均勻分散,涂層微納米凹凸結構越明顯,表面粗糙度增加,憎水能力越上升。而過量反而減少了此結構,憎水性下降。故綜合看架橋劑以6%較為適宜。

            2.3 納米二氧化硅的影響

            按1.2制備涂料,其中不加有機金屬化合物,考慮到分子極性,架橋劑用鈦酸酯類6%,改變納米SiO2用量考查其影響,結果見表4。

         

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            表4 納米 SiO2 用量的影響



            隨著納米SiO2的加入并輔以架橋劑,有機涂層得到了增強,機械性能提高,憎水性的先升后降也是微納米的凹凸結構產生影響所致。從熱貯存性能看,過多的納米SiO2引起了不穩定,可能有團聚。6%加量應在平衡點上。

            2.4 有機金屬化合物的效果

            由于冬季溫度過低時部分地區可能結冰,目前也無方法絕對不讓設備表面結冰。那么就要盡量延緩這種現象,盡量使融冰提早發生。加入有機金屬化合物可以降低冰的融化溫度。有機金屬化合物與水反應,生成有機小分子和金屬氧化物。實驗結果如圖2和圖3所示。

         

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            圖2 有機金屬化合物用量對融冰時間的影響

         

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            圖3 有機金屬化合物用量對脫冰時間的影響



            有機小分子會遷移進入冰相,降低冰的融點,促使固液轉化。而液態水一旦出現,會加速有機金屬化合物水解,從而生成更多的有機小分子,繼續這個過程。由圖2、圖3可知,有機金屬化合物的加入,大大縮短了開始融冰的時間和完全脫冰時間,加量越多越明顯。但要考慮相容性,再往上加量要做實驗驗證。當然冰層厚度以及設備形體也是重要因素,應依具體情況做適當調整。

            2.5 測試驗證

            綜合以上結果,即納米SiO2用量6%,架橋劑6%,有機金屬化合物10%,調整潤濕分散劑、流平劑、消泡劑進行制漆,保證涂膜平整均勻致密。測試證明成品已經滿足了應用要求,結果見表5。

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            表5 納米氟碳防污閃涂料性能



            3 結語

            探討了納米氟碳涂層在防污閃方面的應用,對涂料性能的各項影響因素進行剖析,結果表明以氟碳樹脂為主要成膜物,配合6%用量的納米SiO2,6%的架橋劑,10%的有機金屬化合物等,完全可以優勢互補,在各項性能上達到防污閃要求。

         

         

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        責任編輯:王元

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