污秽超疏水硅橡胶表面的润湿闪络特性研究
发布时间：2021-12-09 23:42
超疏水表面具有优越的憎水性和自清洁特性,该文制备了相同材质的超疏水硅橡胶表面和普通疏水硅橡胶表面,设计并进行了雾水润湿条件下污秽表面的闪络试验,观测2种污秽表面的润湿状态、交流电场作用下水滴的动态行为和闪络电压,并对其机理进行探究。结果表明:经过雾水润湿,超疏水硅橡胶表面的污秽区域形成接触角大于90°的分离水滴,非污秽区域的水滴由于维持自身稳定的特性,其体积小于普通疏水表面。相较于干净水滴,污秽水滴的介电常数减小,导致所受电场力增大,但同时摩擦阻力也增大,影响其动态行为。交流电场作用下大部分污秽水滴振动、变形,一些极小污秽水滴及干净水滴滚动、合并。制备出的超疏水表面具有良好的闪络耐受能力,在倾角分别为0°、10°、20°放置时的闪络电压比普通疏水硅橡胶表面高58%,109%,108%。研究结果可以为超疏水表面在电力设备中的推广应用提供参考。
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
试样表面5L水滴形貌图Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面
?木鬯姆?蚁┠＞咧校??真空条件下保持10min，然后室温固化24h以上，得到普通疏水硅橡胶试样；将弹性体置于500目丝网模板上，在真空条件下保持20至30min，然后室温固化24h以上，得到超疏水硅橡胶试样。试样尺寸为60mm25mm2mm。图1所示为5μL水滴在制得试样表面的水滴形貌图，5μL水滴在普通疏水硅橡胶表面的接触角值在107.2°~111.8°之间变化，取平均值为109.1°，在超疏水硅橡胶表面的接触角值在159.3°~164.1°之间变化，取平均值为161.9°。图2为试样表面5L水滴滚落序列图，5L水滴在普通疏水硅橡胶表面的滚动角为63.9°，在超疏水硅橡胶表面的滚动角为3°。图3所示为试样表面的显微结构图。普通硅橡胶表面相对平整光滑，纳米聚四氟乙烯颗粒被紧密地包裹在硅橡胶里。超疏水硅橡胶表面存在微米级的编织结构和纳米级的突起颗粒。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图1试样表面5L水滴形貌图Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图2试样表面5L水滴滚落序列图Fig.2Sequencephotographsof5Lwaterdropletslidingofftheas-preparedsurfaces
第17期金海云等：污秽超疏水硅橡胶表面的润湿闪络特性研究56952.3水滴的动态行为同样，以倾斜10°放置的表面为例说明加压过程中水滴的动态行为。非污秽区域的水滴行为如图8所示。图8(a)所示为普通疏水表面水滴的滑动、合并过程，水滴状态较为扁平且水滴移动范围很小，将其移动行为称为滑动。与之对比的是超疏水表面的水滴状态较为圆润且水滴移动范围较大，将其移动行为称为滚动。图8(b)所示为超疏水表面水滴的滚动、合并过程。水滴在滚动过程中也会和路径上的小水滴进行合并。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图8加压过程中非污秽区域的水滴行为Fig.8Dropletbehavioronthenon-contaminatedareaduringtheprocessofapplyingAC加压过程中污秽区域水滴的动态行为如图9所示。图9(a)所示为普通疏水表面，由于污秽的存在，表面水滴在起始时的接触角已经小于90°，污秽水滴在其表面处于亲水状态。随着电场作用的增强，水滴会呈现流动状态，在强烈的放电能量下会沸腾并产生水蒸气，污秽水滴有连接成水膜的趋势，并且污层会被逐渐烘干。在超疏水表面，由于污秽的存在，大部分污秽水滴尽管具有大于90°的接触角，但仍然难以滚动，只有部分极小的水滴存在滚动、合并现象。图9(b)所示为超疏水表面极小水滴的滚动、合并行为，图9(c)所示为超疏水表面大部分水滴加压后的行为，水滴会在表面振动，但是难以离开原位，电压升高到一定程度时，某些水滴会出现轻微的变形、伸长，部分污秽水滴伸长后接触角会降低到90°以下。(a)普通表面(b)超疏水面极小水滴(c)超疏水表面大部分水滴加压图9加压过程中污秽区域的水滴行为Fig.9Dropletbehavioronthecontaminatedareaduringtheprocess
【参考文献】：
期刊论文
[1]甲基硅树脂超疏水涂层的防污闪性能[J]. 颜薪瞩,李立浧,李剑,黄正勇,魏远,吴卓霖. 高电压技术. 2018(09)
[2]硅橡胶复合绝缘子在不同可溶污秽成分下的闪络特性研究[J]. 蒋兴良,杨忠毅,韩兴波,张东东,K.L.WONG. 中国电机工程学报. 2018(01)
[3]超疏水绝缘涂层制备与防冰、防污研究现状[J]. 李剑,王湘雯,黄正勇,赵学童,王飞鹏. 电工技术学报. 2017(16)
[4]人工雾霾环境下超疏水涂层绝缘子运行性能研究[J]. 魏远,李剑,卢明,黄正勇,颜薪瞩. 高电压技术. 2017(07)
[5]中国硅橡胶复合绝缘子快速发展历程[J]. 梁曦东,高岩峰,王家福,李少华. 高电压技术. 2016(09)
[6]染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性[J]. 戴罕奇,赵晨龙,梁建瑜,周军,王黎明. 电工技术学报. 2016(10)
[7]受潮过程中复合绝缘子的有效附盐密度研究[J]. 梁曦东,仵超,姚一鸣,高岩峰,王家福,刘瑛岩. 中国电机工程学报. 2015(21)
[8]污秽绝缘子闪络特性与泄漏电流特性研究[J]. 蒋兴良,赵世华,毕茂强,黎振宇,向泽. 中国电机工程学报. 2013(31)
[9]室温硫化硅橡胶的研究及其在防污闪涂料中的应用[J]. 杨金鑫,文秀芳,皮丕辉,杨卓如. 涂料工业. 2009(04)
[10]硅橡胶在电力系统外绝缘中的应用[J]. 张锐. 有机硅材料. 2007(04)
本文编号：3531523
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
试样表面5L水滴形貌图Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面
?木鬯姆?蚁┠＞咧校??真空条件下保持10min，然后室温固化24h以上，得到普通疏水硅橡胶试样；将弹性体置于500目丝网模板上，在真空条件下保持20至30min，然后室温固化24h以上，得到超疏水硅橡胶试样。试样尺寸为60mm25mm2mm。图1所示为5μL水滴在制得试样表面的水滴形貌图，5μL水滴在普通疏水硅橡胶表面的接触角值在107.2°~111.8°之间变化，取平均值为109.1°，在超疏水硅橡胶表面的接触角值在159.3°~164.1°之间变化，取平均值为161.9°。图2为试样表面5L水滴滚落序列图，5L水滴在普通疏水硅橡胶表面的滚动角为63.9°，在超疏水硅橡胶表面的滚动角为3°。图3所示为试样表面的显微结构图。普通硅橡胶表面相对平整光滑，纳米聚四氟乙烯颗粒被紧密地包裹在硅橡胶里。超疏水硅橡胶表面存在微米级的编织结构和纳米级的突起颗粒。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图1试样表面5L水滴形貌图Fig.15Lwaterdropletontheas-preparedsurfaces(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图2试样表面5L水滴滚落序列图Fig.2Sequencephotographsof5Lwaterdropletslidingofftheas-preparedsurfaces
第17期金海云等：污秽超疏水硅橡胶表面的润湿闪络特性研究56952.3水滴的动态行为同样，以倾斜10°放置的表面为例说明加压过程中水滴的动态行为。非污秽区域的水滴行为如图8所示。图8(a)所示为普通疏水表面水滴的滑动、合并过程，水滴状态较为扁平且水滴移动范围很小，将其移动行为称为滑动。与之对比的是超疏水表面的水滴状态较为圆润且水滴移动范围较大，将其移动行为称为滚动。图8(b)所示为超疏水表面水滴的滚动、合并过程。水滴在滚动过程中也会和路径上的小水滴进行合并。(a)普通疏水表面(b)超疏水表面图8加压过程中非污秽区域的水滴行为Fig.8Dropletbehavioronthenon-contaminatedareaduringtheprocessofapplyingAC加压过程中污秽区域水滴的动态行为如图9所示。图9(a)所示为普通疏水表面，由于污秽的存在，表面水滴在起始时的接触角已经小于90°，污秽水滴在其表面处于亲水状态。随着电场作用的增强，水滴会呈现流动状态，在强烈的放电能量下会沸腾并产生水蒸气，污秽水滴有连接成水膜的趋势，并且污层会被逐渐烘干。在超疏水表面，由于污秽的存在，大部分污秽水滴尽管具有大于90°的接触角，但仍然难以滚动，只有部分极小的水滴存在滚动、合并现象。图9(b)所示为超疏水表面极小水滴的滚动、合并行为，图9(c)所示为超疏水表面大部分水滴加压后的行为，水滴会在表面振动，但是难以离开原位，电压升高到一定程度时，某些水滴会出现轻微的变形、伸长，部分污秽水滴伸长后接触角会降低到90°以下。(a)普通表面(b)超疏水面极小水滴(c)超疏水表面大部分水滴加压图9加压过程中污秽区域的水滴行为Fig.9Dropletbehavioronthecontaminatedareaduringtheprocess
【参考文献】：
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[1]甲基硅树脂超疏水涂层的防污闪性能[J]. 颜薪瞩,李立浧,李剑,黄正勇,魏远,吴卓霖. 高电压技术. 2018(09)
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[4]人工雾霾环境下超疏水涂层绝缘子运行性能研究[J]. 魏远,李剑,卢明,黄正勇,颜薪瞩. 高电压技术. 2017(07)
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[6]染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性[J]. 戴罕奇,赵晨龙,梁建瑜,周军,王黎明. 电工技术学报. 2016(10)
[7]受潮过程中复合绝缘子的有效附盐密度研究[J]. 梁曦东,仵超,姚一鸣,高岩峰,王家福,刘瑛岩. 中国电机工程学报. 2015(21)
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[9]室温硫化硅橡胶的研究及其在防污闪涂料中的应用[J]. 杨金鑫,文秀芳,皮丕辉,杨卓如. 涂料工业. 2009(04)
[10]硅橡胶在电力系统外绝缘中的应用[J]. 张锐. 有机硅材料. 2007(04)
本文编号：3531523
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