發(fā)布時(shí)間：2018-02-15 19:39

  本文關(guān)鍵詞： 超疏水 耐熱性 固化動(dòng)力學(xué) 流變學(xué) 軟質(zhì)涂層 防凍粘涂料　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：箱式變電站開(kāi)關(guān)柜的電極觸頭護(hù)套、風(fēng)機(jī)葉片、高壓輸電線路及高速列車轉(zhuǎn)向架等物體表面若發(fā)生凍粘現(xiàn)象,將影響高壓輸電線路的正常工作、箱式變電站、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及高速列車的正常運(yùn)行,所以防凍粘技術(shù)已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。防凍粘技術(shù)主要包括防冰技術(shù)及易除冰技術(shù)。防冰技術(shù)是通過(guò)噴涂防凍粘涂料來(lái)提高物體表面的疏水性,從而能夠防止物體表面結(jié)冰。一般情況下,物體表面還是會(huì)結(jié)冰,所以開(kāi)發(fā)易除冰技術(shù)也是目前的研究熱點(diǎn)。目前的除冰方式主要分為機(jī)械除冰、化學(xué)除冰及涂層除冰。機(jī)械除冰、化學(xué)除冰方式勞動(dòng)強(qiáng)度高、能耗大。而涂層除冰方式具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、能耗小的特點(diǎn)。因此開(kāi)展與涂層相關(guān)的防凍粘技術(shù)具有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。涂層除冰是在物體表面構(gòu)建涂層,通過(guò)涂層改變物體表面的潤(rùn)濕性及表面結(jié)構(gòu),從而達(dá)到用較小的力或消耗較少的能量來(lái)除冰的目的,所以本文研究適合在低溫條件下的箱式變電站開(kāi)關(guān)柜電極觸頭護(hù)套、風(fēng)機(jī)葉片、高壓輸電線路及高速列車轉(zhuǎn)向架表面使用的防凍粘涂料。盡量避免或降低凍粘對(duì)物體所產(chǎn)生的危害,提供適合其使用要求的防凍粘涂料,降低防冰及除冰的難度。本論文制備了4種防凍粘涂料,依次為含氟硅氧烷超疏水防凍粘涂料、環(huán)氧樹(shù)脂-硅膠疏水防凍粘涂料、具有耐熱性能的防凍粘涂料、軟質(zhì)防凍粘涂料。為了得到性能較好的軟質(zhì)加成型硅膠涂層,本文還研究了加成型硅膠的流變學(xué)行為。本文研究的主要工作和結(jié)果如下:(1)選用超疏水防凍粘涂料來(lái)研究防凍粘涂層的相關(guān)性能。適用于表面不允許結(jié)冰或允許少量結(jié)冰的場(chǎng)合。得出了不同F(xiàn)AS及納米Si O2含量對(duì)表面形貌及接觸角的影響規(guī)律,當(dāng)FAS為0.9Wt.%時(shí),涂層凸凹結(jié)構(gòu)的微觀分布較均勻,并給出了對(duì)應(yīng)的面粗糙度值。二次修飾表面的凸凹結(jié)構(gòu)分布較一次修飾的分布均勻。在溫度為-18℃、相對(duì)濕度為70%的環(huán)境下,冰容易從FAS為0.9Wt.%,納米Si O2為1.6Wt.%的防凍粘涂層表面剝離,說(shuō)明此時(shí)的含氟硅氧烷超疏水防凍粘涂料具有較好的防凍粘效果。最后給出了涂料的配方及制備工藝。(2)制備了一種環(huán)氧樹(shù)脂-硅膠疏水防凍粘涂料。適用于要求涂層與基體具有較好的粘接強(qiáng)度及較好防凍粘性能的場(chǎng)合。研究了硅膠含量對(duì)涂層表面性能的影響。當(dāng)硅膠為15Wt.%時(shí),防凍粘涂層的摩擦損耗量最低。當(dāng)硅膠為11Wt.%時(shí),涂層具有較好的綜合性能,此時(shí)的凍粘強(qiáng)度呈現(xiàn)較小值。并且發(fā)現(xiàn)涂層的法向凍粘強(qiáng)度要低于涂層的切向凍粘強(qiáng)度。給出了環(huán)氧樹(shù)脂-硅膠疏水防凍粘涂料的最佳除冰溫度條件為溫度不低于-22℃,時(shí)間為開(kāi)始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi),此時(shí)涂層具有較好的除冰效果。最后給出了涂料的配方及制備工藝。(3)制備了一種具有耐熱性能的防凍粘涂料。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)POSS為6Wt.%時(shí),接觸角達(dá)到106.2°,面粗糙度值0.232μm。此時(shí)3OH-POSS團(tuán)聚體的分布比較均勻。隨著3OH-POSS含量的增加,涂層中的Si元素含量在3OH-POSS為10Wt.%時(shí)達(dá)到了最高點(diǎn),表面的F元素含量此時(shí)達(dá)到一個(gè)較低值。涂層材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率及硬度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),涂層的耐磨性先增大后減小,其他性能變化不大。3OH-POSS含量的增加,有助于提高材料的耐熱性能及其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。3OH-POSS為6Wt.%時(shí)的防凍粘涂層具有較低的切向剝離強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)不同凍粘時(shí)間、不同凍粘溫度下涂層的切向凍粘力、法向凍粘力及撞擊剝離強(qiáng)度研究得出,耐熱型防凍粘涂料最佳的除冰溫度為不低于-22℃,時(shí)間在開(kāi)始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi),即在外界自然作用力下沒(méi)有脫落的冰,可在開(kāi)始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi)除冰,此時(shí)具有較小的除冰力和較好的除冰效果。最后給出了涂料的配方及制備工藝。(4)運(yùn)用流變學(xué)的方法研究了雙組分加成型硅橡膠的固化動(dòng)力學(xué),根據(jù)Chambon-Winter標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)多波振動(dòng)頻率下的掃描試驗(yàn)時(shí)間來(lái)判斷不同溫度下硅橡膠的凝膠時(shí)間(tgel)的變化規(guī)律。并且觀察到tgel與反應(yīng)溫度的比率遵循某些函數(shù)關(guān)系。用不同的動(dòng)力學(xué)模型分析樣品在單頻率下的時(shí)間掃描結(jié)果,發(fā)現(xiàn)Kamal-Sourour(自催化)反應(yīng)模型可以很好地模擬雙組分硅橡膠的固化動(dòng)力學(xué)。Kamal-Sourour反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型能預(yù)測(cè)合理的反應(yīng)級(jí)數(shù)、成立條件及交聯(lián)聚合物對(duì)聚合物組分?jǐn)U散的影響規(guī)律。并通過(guò)Kamal-Sourour反應(yīng)模型得到不同溫度下的固化速率常數(shù)(kr)。通過(guò)計(jì)算得到三個(gè)雙組分硅橡膠的活化能E,發(fā)現(xiàn)三個(gè)E值的大小相近。(5)制備了一種軟質(zhì)防凍粘涂料。適用于要求涂層具有較好的耐久性及易除冰的場(chǎng)合。研究了超疏水防凍粘涂層、不同硬度的硅膠涂層表面剝離循環(huán)次數(shù)對(duì)接觸角及冰的切向剝離強(qiáng)度的影響規(guī)律及涂層剝離循環(huán)前后表面的微觀結(jié)構(gòu)變化,得出超疏水涂層循環(huán)前后表面形貌變化較大,而軟質(zhì)涂層的變化較小。通過(guò)正交試驗(yàn)分析,確定了最佳的組合。分別測(cè)試了軟質(zhì)涂層的切向凍粘力、法向凍粘力、撞擊剝離強(qiáng)度,得出了相對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。研究了VTTS含量、PTFE微粉含量及FAS含量對(duì)涂層性能的影響。確定了軟質(zhì)防凍粘涂料的除冰溫度及時(shí)間,最后給出了涂料的配方及制備工藝。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB306

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本文編號(hào)：1513728