几种表面防冻粘涂料的制备及涂层性能试验研究

发布时间：2018-02-15 19:39

本文关键词： 超疏水耐热性固化动力学流变学软质涂层防冻粘涂料　出处：《吉林大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：箱式变电站开关柜的电极触头护套、风机叶片、高压输电线路及高速列车转向架等物体表面若发生冻粘现象,将影响高压输电线路的正常工作、箱式变电站、风力发电机组及高速列车的正常运行,所以防冻粘技术已经引起了广泛的关注。防冻粘技术主要包括防冰技术及易除冰技术。防冰技术是通过喷涂防冻粘涂料来提高物体表面的疏水性,从而能够防止物体表面结冰。一般情况下,物体表面还是会结冰,所以开发易除冰技术也是目前的研究热点。目前的除冰方式主要分为机械除冰、化学除冰及涂层除冰。机械除冰、化学除冰方式劳动强度高、能耗大。而涂层除冰方式具有劳动强度低、能耗小的特点。因此开展与涂层相关的防冻粘技术具有重要的理论意义及实用价值。涂层除冰是在物体表面构建涂层,通过涂层改变物体表面的润湿性及表面结构,从而达到用较小的力或消耗较少的能量来除冰的目的,所以本文研究适合在低温条件下的箱式变电站开关柜电极触头护套、风机叶片、高压输电线路及高速列车转向架表面使用的防冻粘涂料。尽量避免或降低冻粘对物体所产生的危害,提供适合其使用要求的防冻粘涂料,降低防冰及除冰的难度。本论文制备了4种防冻粘涂料,依次为含氟硅氧烷超疏水防冻粘涂料、环氧树脂-硅胶疏水防冻粘涂料、具有耐热性能的防冻粘涂料、软质防冻粘涂料。为了得到性能较好的软质加成型硅胶涂层,本文还研究了加成型硅胶的流变学行为。本文研究的主要工作和结果如下:(1)选用超疏水防冻粘涂料来研究防冻粘涂层的相关性能。适用于表面不允许结冰或允许少量结冰的场合。得出了不同FAS及纳米Si O2含量对表面形貌及接触角的影响规律,当FAS为0.9Wt.%时,涂层凸凹结构的微观分布较均匀,并给出了对应的面粗糙度值。二次修饰表面的凸凹结构分布较一次修饰的分布均匀。在温度为-18℃、相对湿度为70%的环境下,冰容易从FAS为0.9Wt.%,纳米Si O2为1.6Wt.%的防冻粘涂层表面剥离,说明此时的含氟硅氧烷超疏水防冻粘涂料具有较好的防冻粘效果。最后给出了涂料的配方及制备工艺。(2)制备了一种环氧树脂-硅胶疏水防冻粘涂料。适用于要求涂层与基体具有较好的粘接强度及较好防冻粘性能的场合。研究了硅胶含量对涂层表面性能的影响。当硅胶为15Wt.%时,防冻粘涂层的摩擦损耗量最低。当硅胶为11Wt.%时,涂层具有较好的综合性能,此时的冻粘强度呈现较小值。并且发现涂层的法向冻粘强度要低于涂层的切向冻粘强度。给出了环氧树脂-硅胶疏水防冻粘涂料的最佳除冰温度条件为温度不低于-22℃,时间为开始结冰后的30分钟之内,此时涂层具有较好的除冰效果。最后给出了涂料的配方及制备工艺。(3)制备了一种具有耐热性能的防冻粘涂料。研究发现,当POSS为6Wt.%时,接触角达到106.2°,面粗糙度值0.232μm。此时3OH-POSS团聚体的分布比较均匀。随着3OH-POSS含量的增加,涂层中的Si元素含量在3OH-POSS为10Wt.%时达到了最高点,表面的F元素含量此时达到一个较低值。涂层材料的拉伸强度、断裂伸长率及硬度均呈现先增大后减小的趋势,涂层的耐磨性先增大后减小,其他性能变化不大。3OH-POSS含量的增加,有助于提高材料的耐热性能及其玻璃化转变温度。3OH-POSS为6Wt.%时的防冻粘涂层具有较低的切向剥离强度。通过对不同冻粘时间、不同冻粘温度下涂层的切向冻粘力、法向冻粘力及撞击剥离强度研究得出,耐热型防冻粘涂料最佳的除冰温度为不低于-22℃,时间在开始结冰后的30分钟之内,即在外界自然作用力下没有脱落的冰,可在开始结冰后的30分钟之内除冰,此时具有较小的除冰力和较好的除冰效果。最后给出了涂料的配方及制备工艺。(4)运用流变学的方法研究了双组分加成型硅橡胶的固化动力学,根据Chambon-Winter标准通过多波振动频率下的扫描试验时间来判断不同温度下硅橡胶的凝胶时间(tgel)的变化规律。并且观察到tgel与反应温度的比率遵循某些函数关系。用不同的动力学模型分析样品在单频率下的时间扫描结果,发现Kamal-Sourour(自催化)反应模型可以很好地模拟双组分硅橡胶的固化动力学。Kamal-Sourour反应动力学模型能预测合理的反应级数、成立条件及交联聚合物对聚合物组分扩散的影响规律。并通过Kamal-Sourour反应模型得到不同温度下的固化速率常数(kr)。通过计算得到三个双组分硅橡胶的活化能E,发现三个E值的大小相近。(5)制备了一种软质防冻粘涂料。适用于要求涂层具有较好的耐久性及易除冰的场合。研究了超疏水防冻粘涂层、不同硬度的硅胶涂层表面剥离循环次数对接触角及冰的切向剥离强度的影响规律及涂层剥离循环前后表面的微观结构变化,得出超疏水涂层循环前后表面形貌变化较大,而软质涂层的变化较小。通过正交试验分析,确定了最佳的组合。分别测试了软质涂层的切向冻粘力、法向冻粘力、撞击剥离强度,得出了相对应的测试结果。研究了VTTS含量、PTFE微粉含量及FAS含量对涂层性能的影响。确定了软质防冻粘涂料的除冰温度及时间,最后给出了涂料的配方及制备工艺。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB306

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