本文關(guān)鍵詞： 超疏水 耐熱性 固化動力學(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】：箱式變電站開關(guān)柜的電極觸頭護套、風(fēng)機葉片、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)電機組及高速列車的正常運行,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)是通過噴涂防凍粘涂料來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,物體表面還是會結(jié)冰,所以開發(fā)易除冰技術(shù)也是目前的研究熱點。目前的除冰方式主要分為機械除冰、化學(xué)除冰及涂層除冰。機械除冰、化學(xué)除冰方式勞動強度高、能耗大。而涂層除冰方式具有勞動強度低、能耗小的特點。因此開展與涂層相關(guān)的防凍粘技術(shù)具有重要的理論意義及實用價值。涂層除冰是在物體表面構(gòu)建涂層,通過涂層改變物體表面的潤濕性及表面結(jié)構(gòu),從而達到用較小的力或消耗較少的能量來除冰的目的,所以本文研究適合在低溫條件下的箱式變電站開關(guān)柜電極觸頭護套、風(fēng)機葉片、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)冰的場合。得出了不同F(xiàn)AS及納米Si O2含量對表面形貌及接觸角的影響規(guī)律,當(dāng)FAS為0.9Wt.%時,涂層凸凹結(jié)構(gòu)的微觀分布較均勻,并給出了對應(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,說明此時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度及較好防凍粘性能的場合。研究了硅膠含量對涂層表面性能的影響。當(dāng)硅膠為15Wt.%時,防凍粘涂層的摩擦損耗量最低。當(dāng)硅膠為11Wt.%時,涂層具有較好的綜合性能,此時的凍粘強度呈現(xiàn)較小值。并且發(fā)現(xiàn)涂層的法向凍粘強度要低于涂層的切向凍粘強度。給出了環(huán)氧樹脂-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℃,時間為開始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi),此時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,接觸角達到106.2°,面粗糙度值0.232μm。此時3OH-POSS團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.%時達到了最高點,表面的F元素含量此時達到一個較低值。涂層材料的拉伸強度、斷裂伸長率及硬度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,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.%時的防凍粘涂層具有較低的切向剝離強度。通過對不同凍粘時間、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℃,時間在開始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi),即在外界自然作用力下沒有脫落的冰,可在開始結(jié)冰后的30分鐘之內(nèi)除冰,此時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)運用流變學(xué)的方法研究了雙組分加成型硅橡膠的固化動力學(xué),根據(jù)Chambon-Winter標(biāo)準(zhǔn)通過多波振動頻率下的掃描試驗時間來判斷不同溫度下硅橡膠的凝膠時間(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。用不同的動力學(xué)模型分析樣品在單頻率下的時間掃描結(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力學(xué)。Kamal-Sourour反應(yīng)動力學(xué)模型能預(yù)測合理的反應(yīng)級數(shù)、成立條件及交聯(lián)聚合物對聚合物組分?jǐn)U散的影響規(guī)律。并通過Kamal-Sourour反應(yīng)模型得到不同溫度下的固化速率常數(shù)(kr)。通過計算得到三個雙組分硅橡膠的活化能E,發(fā)現(xiàn)三個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)對接觸角及冰的切向剝離強度的影響規(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。通過正交試驗分析,確定了最佳的組合。分別測試了軟質(zhì)涂層的切向凍粘力、法向凍粘力、撞擊剝離強度,得出了相對應(yīng)的測試結(jié)果。研究了VTTS含量、PTFE微粉含量及FAS含量對涂層性能的影響。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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB306

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