CN103413641B - 防覆冰输电铝导线及表面超疏水状态结构层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防覆冰输电铝导线及表面超疏水状态结构层的制备方法，其特征在于，包括导线外表面的超疏水状态结构层，该超疏水状态结构层是先采用化学刻蚀法或微弧氧化法获得微纳米复合粗糙结构，再经过低表面能修饰处理后所形成的。具体工艺是将铝导线缠到放线辊上，起头依次通过一个预处理装置、一个微纳米粗糙表面形成装置、低表面能修饰装置后由收线辊收线，使铝导线连续的通过三个装置。

Description

防覆冰输电铝导线及表面超疏水状态结构层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种特殊表面结构层的铝质输电导线，及其形成该表面结构层的方法。

背景技术

在低温雨雪等天气条件下，输电导线表面将出现覆冰，造成导线舞动、断线、倒塔（杆）等事故的发生，严重威胁到电力系统的安全稳定运行。我国大部分地区都有输电导线覆冰灾害的发生，给国民经济和社会发展造成了巨大的损失，是世界上受覆冰灾害最为严重的国家之一。2008年1月发生于我国南方地区的冰雪凝冻天气造成严重覆冰，造成输电线路发生大面积断线倒塔，导致十余个省（市）电力供应中断，造成直接经济损失过千亿元。输电线路覆冰是一个世界性难题，给加拿大、美国、挪威、日本等国电网也造成了严重的损失。然而输电线路覆冰问题仍是一个尚未得到有效解决的科学技术难题。目前的应对措施基本上还是覆冰后对冰进行清除，如机械除冰法、热力融冰法等，而这样的方法存在着操作困难、需消耗大量能量、效果差等缺点。

一种理想的方案就是找到一种能够防止输电线路覆冰的特殊表面，从而能够从根本上避免覆冰事故的发生。近年来，一些文献和专利通过制备具有特殊浸润性的表面来达到防止物体表面覆冰的目的。专利文献CN102382536A公开了一种具有缓释功能超疏水防覆冰涂料的制备方法，虽具有较好的防覆冰效果，但是制备工艺复杂且所采用的试剂对环境有较大危害。专利文献CN101705488A提供了一种具有粗糙表面的超疏水防覆冰铝和钢的表面处理方法，该方法采用氟硅烷进行表面修饰成本昂贵、制备工艺较为复杂。将铝质输电导线进行表面结构超疏水处理，实现防覆冰的实际应用，目前还没有相关的报道。

发明内容

为了解决输电线路覆冰问题，本发明提供了一种超疏水状态表面层的铝质输电导线，及其形成该表面结构层的方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种防覆冰输电铝导线，其特征在于，包括导线外表面的超疏水状态结构层，该超疏水状态结构层是先采用化学刻蚀法或微弧氧化法获得微纳米复合粗糙结构，再经过低表面能修饰处理后所形成的。

上述防覆冰输电铝导线表面超疏水状态结构层的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将铝导线缠到放线辊上，起头依次通过一个预处理装置、一个微纳米粗糙表面形成装置、低表面能修饰装置后由收线辊收线，使铝导线连续的通过三个装置；其中：

（1）所述铝导线在预处理装置中进行表面抛光处理；

（2）所述铝导线在微纳米粗糙表面形成装置中进行化学刻蚀或微弧氧化获得微纳米复合粗糙结构的表面；

（3）所述铝导线在低表面能修饰装置中采用硬脂酸乙醇溶液对铝导线微纳米复合粗糙结构表面进行修饰，并烘干。

上述方法中，所述的化学刻蚀是采用质量分数为10%～25%的盐酸溶液对铝导线进行刻蚀，刻蚀时间根据导线直径的不同在1.0min～10min之间；

所述的硬脂酸乙醇溶液质量百分数为1%～5%，修饰时间根据导线直径的不同在10min～20min之间。

本发明的优点是：

1、通过放线、收线辊及预处理装置、微纳米粗糙表面形成装置、低表面能修饰装置等规模化设备，使铝导线连续的进行输电铝导线的超疏水状态表面结构层的制备，实现了‐5℃～1℃喷洒过冷小雨滴条件下，铝导线表面的覆冰出现时间和覆冰量都得到了较为明显的抑制。

2、采用简易的化学刻蚀在输电铝导线表面构造了微纳米复合粗糙结构，并且利用成本低廉的硬脂酸代替氟硅烷、聚四氟乙烯等成本较高的低表面能修饰剂，得到了效果优异的超疏水铝导线。此方法工艺简便，成本低廉，便于实现大规模的工业应用。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，为本发明防覆冰输电铝导线表面处理工艺流程图。图中：1、放线辊；2、预处理装置；3、微纳米粗糙结构形成装置；4、低表面能修饰装置；5、收线辊。

图2为实施例1铝导线试样表面的微观形貌照片。

图3为实施例1铝导线试样覆冰试验过程中表面的覆冰发展过程。图中：（a）～（e）为不同时间的覆冰状态，左半部分为普通光滑铝导线，右半部分为超疏水表面铝导线，分界线如图中直线所示。

图4为实施例2铝导线试样覆冰试验过程中表面的覆冰发展过程。图中：（a）～（c）为不同时间的覆冰状态，左半部分为超疏水铝绞线，右半部分为普通铝绞线，分界线如图中直线所示。

具体实施方式

参见图1，本发明防覆冰输电铝导线的超疏水状态结构层制备方法是将铝导线缠到放线辊1上，起头依次通过一个预处理装置2、一个微纳米粗糙表面形成装置3、一个低表面能修饰装置4后由收线辊5收线，使铝导线连续的通过以上三个装置。其中：预处理装置2对铝导线进行表面抛光处理；微纳米粗糙表面形成装置3对铝导线进行化学刻蚀或微弧氧化处理，以获得微纳米复合粗糙结构的表面；低表面能修饰装置4对铝导线进行低表面能修饰，并烘干。

实施例1

（1）在预处理装置2中，铝导线通过预处理槽1-3min，槽中盛有东莞灯鼎产DD-403铝材化学抛光剂原液（加温到85℃），经过超声波水洗槽清洗后快速干燥、实现表面抛光处理；

（2）在微纳米粗糙表面形成装置3中，设置腐蚀槽，采用质量分数为10%的盐酸溶液对铝导线（直径3.15mm）表面化学刻蚀，时间为1min。刻蚀后，通过超声波水洗槽除去反应残留物。

（3）在低表面能修饰装置4中，设置修饰槽，其中配置质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液。刻蚀后的铝导线通过该硬脂酸乙醇溶液，时间为10min，然后通过90℃干燥箱中干燥处理。

对本实施例样品表面进行显微结构分析，结果参见图2。试样表面形成了尺寸3μm的矩形凸台和凹坑，微米级粗糙结构还存有纳米级粗糙结构。

对上述处理过的超疏水铝导线防覆冰性能测试如下：

实验条件：试样Φ3.15mm*25cm，保持实验箱内温度在‐5～-1℃之间，喷洒粒径在50～1000μm的过冷水滴，将处理过的超疏水光滑铝导线和未处理的光滑铝导线置于实验内进行覆冰，定时拍照观察超疏水铝导线表面的覆冰发展过程。

参见图3，图3中右半部分为超疏水光滑铝导线，左半部分为未处理普通光滑铝导线。从图2中可以看出，普通光滑铝导线覆冰5min后表面即有覆冰出现，超疏水光滑铝导线直到覆冰110min才有覆冰出现；覆冰180min后超疏水光滑铝导线只有少量覆冰，大部分位置完全没有覆冰出现，普通光滑铝导线已经覆上了厚厚的冰层和长长的冰锤。从覆冰发展对比结果，可以看出超疏水光滑铝导线表现出了优异的防覆冰性能。

实施例2

工艺步骤同实施例1，与实施例1不同之处是：采用质量浓度为25%的盐酸溶液对钢芯铝绞线（截面390.88cm²）刻蚀10min，采用质量浓度为5%的硬脂酸乙醇溶液低表面能修饰20min。

对本实施例样品表面的覆冰过程进行分析，覆冰性能测试同实施例1，结果如图4所示。图4中左半部分为超疏水铝绞线，右半部分为未处理的普通铝绞线，从图中可以看出覆冰5min后，普通铝绞线就出现多处覆冰，超疏水铝绞线表面除孤立分散小水球存在，表面没有覆冰出现；覆冰60min后，超疏水铝绞线表面的覆冰量明显小于普通铝绞线。上述结果说明超疏水铝绞线表现出了优异的防覆冰性能。

Claims (1)

1.一种防覆冰输电铝导线表面超疏水状态结构层的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将铝导线缠到放线辊上，起头依次通过一个预处理装置、一个微纳米粗糙表面形成装置、一个低表面能修饰装置后由收线辊收线，使铝导线连续的通过三个装置；其中：

(1)所述铝导线在预处理装置中进行表面电化学抛光处理；

(2)所述铝导线在微纳米粗糙表面形成装置中进行化学刻蚀获得微纳米复合粗糙结构的表面，其中化学刻蚀是采用质量分数为10％～25％的盐酸溶液对铝导线进行刻蚀，刻蚀时间根据导线直径的不同在1.0min～10min之间；

(3)所述铝导线在低表面能修饰装置中采用硬脂酸乙醇溶液对铝导线微纳米复合粗糙结构表面进行修饰，并烘干，其中硬脂酸乙醇溶液质量百分数为5％，修饰时间为10min。