CN104217785B - 一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线及其制备方法。铝绞线表面具有刻蚀形成的粗糙微结构；粗糙微结构表面经过改性剂进行表面化学改性后复合有一层非挥发性疏水液体；所述的非挥发性疏水液体包括硅油、液体聚丁烯、液体氟碳或液体氟硅；所述的非挥发性疏水液体在室温下的粘度范围为0.1～50cm2/s；所述的改性剂为一端含有可水解基团的硅烷，其另一端含有烷烃基或者含氟烷烃基。当环境温度以及环境湿度能够导致导线表面结冰时，本发明所述的铝绞线能够阻止过冷水接触铝绞线基底，即使形成冰层也会由于润滑液体层的存在使冰层在重力或风力作用下脱离基底表面。在环境温度0℃～‑40℃的范围内，环境湿度为40％～90％的情况下，本发明的铝绞线仍可高效的作用于防冰冻灾害。
Description
技术领域
本发明属于电力工业材料技术领域具体涉及一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线及其制备方法。
背景技术
高压架空输电线路是电力系统电能输送大动脉，通常采用铝绞线。冬季低温时，空气中水蒸汽或过冷雨滴容易在线路表面形成冰霜。线路覆冰增加了线路的机械负荷，严重时会引发导线舞动、断线、倒塔等安全事故。2008年初我国南方地区由于冰冻灾害引起大范围电力供应中断，给工农业生产和人民群众生活造成了重大影响，直接经济损失达上千亿元。防止导线覆冰已经成为电力系统研究的焦点和难点之一。实际应用中，主要采用提高塔架和导线设计强度以及采用机械和电流融冰方法(CN 101120217A、CN102136710A)减少覆冰危害，但是这些方法投资巨大。另外，导线防覆冰也可采用被动防冰的方法，在表面涂防冰涂料，如疏水/超疏水防冰涂料(CN101533684、CN102097187B、CN102290147B)或发热功能涂料(CN101638549B)。研究证明，现有的防冰涂料可以在一定程度上延缓覆冰形成过程。然而，所有的防覆冰涂料均为固体材料，水蒸气或者过冷水接触表面形成冰层后会替代原有的固体-空气界面，很容易使防冰作用消失；而且，冰层一旦形成，冰-固体的界面强度很高，导致冰层很难从表面脱离。因而，防冰涂料在实际应用中效果不佳或容易短期失效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线。
本发明的另一目的在于提供一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法。
本发明的一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，表面具有刻蚀形成的粗糙微结构；粗糙微结构表面经过改性剂进行表面化学改性后复合有一层非挥发性疏水液体；所述的非挥发性疏水性液体包括硅油、液体聚丁烯、液体氟碳或液体氟硅；所述的非挥发性疏水液体在室温下的粘度范围为0.1～50cm2/s；所述的改性剂为一端含有可水解基团的硅烷，其另一端含有烷烃基或者含氟烷烃基。
本发明的制备方法包含以下制备步骤：先将铝绞线表面刻蚀成粗糙微结构后，在粗糙微结构表面通过改性剂进行表面化学改性，再复合上非挥发性疏水不挥发液体层；所述的非挥发性疏水性液体包括硅油、液体聚丁烯、液体氟碳或液体氟硅；所述的非挥发性疏水液体在室温下的粘度范围为0.1～50cm2/s；所述的改性剂为一端含有可水解基团的硅烷，其另一端含有烷烃基或者含氟烷烃基。
本发明所述的可水解基团为烷氧基或者氯基。
所述的铝绞线为钢芯铝绞线或者碳纤维芯铝绞线其它以铝为导电基材的输电导线。
所述的铝绞线表面微结构通过对铝绞线进行溶液刻蚀、水热刻蚀或水蒸汽刻蚀获得。
所述的改性剂为一端含有烷氧基或者氯基的硅烷，一端含有烷烃基或者含氟烷烃基，其中烷氧基或者氯基端用于与铝绞线表面形成共价键，烷烃基或者含氟烷烃基用于提高液体与表面的相容性。包括但不仅限于甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三甲氧基硅烷、五氟辛烷三甲氧基硅烷、五氟辛烷二甲氧基氯硅烷中的一种或者几种。
所述的改性是通过将改性剂直接进行气相沉积至铝绞线的粗糙微结构表面或者是将铝绞线的粗糙微结构表面浸泡在含改性剂的溶液中进行改性。
所述的含改性剂的溶液中，改性剂的质量分数为1％～20％。
所述的含改性剂的溶液中溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、氯仿中的一种或几种。
本发明可采用喷涂或浸泡的方式将非挥发性疏水不挥发液体复合固定至已表面改性的粗糙微结构表面铝绞线上。
本发明所提供可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线制备方法，具体包括如下步骤：
(1)铝绞线表面微结构化处理：铝绞线表面脏污层分别用清水、乙醇淋洗清洗干净并自然晾干；对铝绞线进行溶液刻蚀、水热刻蚀或水蒸汽刻蚀获得的表面微结构，洗净并自然干燥，得到表面具有纳米级微结构的铝绞线；
(2)微结构铝绞线表面化学改性：将制得的具有微结构的铝绞线表面通过改性剂进行化学改性。
(3)非挥发性疏水液体复合：采用喷涂、浸泡等方法将非挥发性疏水液体复合固定在具有微结构而且已经化学改性的铝绞线表面。
所述溶液刻蚀使用的刻蚀液选至质量分数为5～20％的酸水溶液或者质量分数为10～30％的碱水溶液。
所述的酸水溶液中的酸为无机酸或者能溶于水的有机酸。
所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一种或几种。
所述的有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、苯磺酸、乙二酸、丁二酸以及它们的衍生物中的一种或几种。
所述的碱水溶液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氨水中的一种或几种。
所述的水热刻蚀的热水温度为80～95摄氏度。
所述的水蒸汽刻蚀的蒸汽温度为100摄氏度～200摄氏度。
所述的刻蚀刻蚀时间1min～180min。
发明人通过实验发现，铝绞线表面微结构处理使用的方法优选为溶液刻蚀或是温度为150℃-200℃的水蒸气刻蚀法；从而可产生更优的延缓覆冰以及低冰粘附力的效果。
所述的表面化学改性的时间为2～48h。
本发明的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线的应用，可将所述的铝绞线用作为电力架空输电导线，具有防冰冻灾害的能力。
当环境温度以及环境湿度能够导致导线表面结冰时，本发明所述的铝绞线能够阻止过冷水接触铝绞线基底，即使形成冰层也会由于润滑液体层的存在使冰层在重力或风力作用下脱离基底表面。在环境温度0℃～-40℃的范围内，环境湿度为40％～90％的情况下，本发明的铝绞线仍可高效的作用于防冰冻灾害。
发明人通过长期的研究试验发现将刻蚀成粗糙微结构铝绞线采用本发明的改性处理后，复合上粘度范围为0.1～50cm2/s非挥发性疏水性液体，从而得的延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线相比于其他的防覆冰导线具有以下意料不到的技术效果，即(1)超强的延缓结冰能力：如在-6℃的低温环境中喷水覆冰试验中，本发明实施例在60min内只有少量覆冰，覆冰超过240min才在导线上出现不连续的冰环，超过10h才会在导线上形成完整的覆冰层。(2)超低的冰粘附力：如在极端条件下的实施例12中，-40℃、湿度为90％、冷冻12小时后进行拉力试验测试冰粘附力仍只有36kPa；实施例9-11中也只有100kPa左右；本发明的其它的情况下的冰粘附力也可以维持在50kPa左右，甚至更低，如实施例7中只有27kPa；相对于现有技术实际应用效果十分优异。(3)耐用性强：本发明所采用的非挥发性疏水液体，是在对基材进行有效改性后，与基底材料以强相互作用力结合在一起。具有的防覆冰功能长期有效；液体层容易流动，即使局部发生损伤也能够通过流动转移的方式实现自愈合，提高了导线的防覆冰耐用性。
附图说明：
图1.本发明中原始铝绞线，微结构处理后和能的侧向以及横截面示意图。
图2.原始铝绞线，对比实施例1～4和本发明中实施例1垂直放入装水的圆柱形容器，在环境温度为0℃、环境湿度为40％，冷冻12小时后冰粘附力的大小。
图3.本发明中实施例2～4的铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器，在环境温度为0℃、环境湿度为40％，冷冻12小时后冰粘附力的大小。
图4.本发明中实施例5～8的铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器，在环境温度为-20℃、环境湿度为60％，冷冻12小时后冰粘附力的大小。
图5.本发明中实施例9～12的铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器，在环境温度为-40℃、环境湿度为90％，冷冻12小时后冰粘附力的大小。
图6.发明专利CN102290147中实施例1～3与本发明中实施例12的铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器在环境温度为-40℃、环境湿度为90％，冷冻12小时后冰粘附力的大小。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但实施例仅用于说明，并不限制本发明的范围。在不脱离本发明上述方法思想范围的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换和变更，均应包含在本发明的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入质量分数为5％的盐酸溶液中30min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线与甲基三甲氧基硅烷一同放入密闭容器中，在室温下放置48小时进行气相沉积，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将粘度为50cm2/s的硅油用喷涂的方法均匀喷涂到步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面，获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中硅油成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。实施例2
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入质量分数为8％的硫酸溶液中10min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线与甲基三乙氧基硅烷一同放入密闭容器中，在室温下放置24小时进行气相沉积，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将粘度为20cm2/s的硅油用喷涂的方法均匀喷涂到步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面，获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中硅油成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。实施例3
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入质量分数为10％的甲酸溶液中5min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线与苯基三甲氧基硅烷一同放入密闭容器中，在室温下放置18小时进行气相沉积，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将粘度为10cm2/s的硅油用喷涂的方法均匀喷涂到步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面，获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中硅油成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。实施例4
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入质量分数为20％的乙酸溶液中120min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线浸泡于质量分数为1％的十八烷基三甲氧基硅烷甲醇溶液中6小时，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面浸泡到粘度为30cm2/s的硅油中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中硅油成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例5
(1)铝绞线表面微结构化处理
将碳纤维芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将碳纤维芯铝绞线泡入质量分数为8％的苯磺酸溶液中150min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的碳纤维芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的碳纤维芯铝绞线浸泡于质量分数为3％的十八烷基三乙氧基硅烷乙醇溶液中10小时，得到表面化学改性的微结构碳纤维芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构碳纤维芯铝绞线表面浸泡到粘度为10cm2/s的液体聚丁烯中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通碳纤维芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体聚丁烯成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例6
(1)铝绞线表面微结构化处理
将碳纤维芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将碳纤维芯铝绞线泡入质量分数为20％的氢氧化钠溶液中30min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的碳纤维芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的碳纤维芯铝绞线浸泡于质量分数为10％的十六烷基三甲氧基硅烷丙酮溶液中48小时，得到表面化学改性的微结构碳纤维芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构碳纤维芯铝绞线表面浸泡到粘度为2cm2/s的液体聚丁烯中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通碳纤维芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体聚丁烯成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例7
(1)铝绞线表面微结构化处理
将碳纤维芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将碳纤维芯铝绞线泡入质量分数为30％的碳酸氢钠溶液中120min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的碳纤维芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的碳纤维芯铝绞线浸泡于质量分数为15％的十六烷基三乙氧基硅烷甲苯溶液中18小时，得到表面化学改性的微结构碳纤维芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构碳纤维芯铝绞线表面浸泡到粘度为40cm2/s的液体聚丁烯中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通碳纤维芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体聚丁烯成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例8
(1)铝绞线表面微结构化处理
将碳纤维芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将碳纤维芯铝绞线泡入质量分数为10％的氨水溶液中180min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的碳纤维芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的碳纤维芯铝绞线浸泡于质量分数为15％的十八烷基三氯硅烷苯溶液中18小时，得到表面化学改性的微结构碳纤维芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构碳纤维芯铝绞线表面浸泡到粘度为5cm2/s的液体聚丁烯中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通碳纤维芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体聚丁烯成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例9
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入温度为80℃的热水中150min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线浸泡于质量分数为10％的七氟戊烷基三氯硅烷氯仿溶液中12小时，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面浸泡到粘度为0.1cm2/s的液体氟碳中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体氟碳成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例10
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线泡入温度为95℃的热水中30min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线浸泡于质量分数为5％的五氟辛烷三甲氧基硅烷甲醇溶液中24小时，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面浸泡到粘度为0.5cm2/s的液体氟硅中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体氟硅成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例11
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线置于温度为100摄氏度的水蒸汽中30min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线浸泡于质量分数为2％的五氟辛烷二甲氧基氯硅烷丙酮溶液中12小时，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面浸泡到粘度为15cm2/s的液体氟碳中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～-40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体氟碳成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
实施例12
(1)铝绞线表面微结构化处理
将钢芯铝绞线表面脏污层用清水然后加乙醇淋洗清洗干净并自然晾干，然后将钢芯铝绞线置于温度为200摄氏度的水蒸汽中10min，取出后用清水洗净并自然晾干，得到表面具有纳米级微孔结构的钢芯铝绞线。
(2)微结构铝绞线表面化学改性
将步骤(1)制得的具有微结构的钢芯铝绞线浸泡于质量分数为2％的七氟戊烷基三甲氧基硅烷甲苯溶液中48小时，得到表面化学改性的微结构钢芯铝绞线。
(3)非挥发性疏水液体固定
将步骤(2)制得的表面化学改性微结构钢芯铝绞线表面浸泡到粘度为30cm2/s的液体氟硅中，然后取出获得可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线。
当环境温度为0～40℃，环境湿度为40％～90％能够导致普通钢芯铝绞线表面结冰时，上述制得的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线中液体氟硅成为一层阻隔层与润滑层，使得铝绞线表面结冰减少且冰层的粘附力大大降低，冰层能在重力或者风力的作用下脱离铝绞线表面。
效果对比实施例13
将未处理的铝绞线、按照实施例1但不做微结构和表面改性处理直接涂覆硅油的铝绞线(对比实施例1)，按照实施1但仅进行表面微结构处理的铝绞线(对比实施例2)、按照实施1进行表面微结构处理以及表面改性剂改性的铝绞线(对比实施例3)、按照实施1进行表面微结构处理不做表面改性而涂覆聚二甲基硅氧烷的铝绞线(对比实施例4)，与上述实施例1制备得到的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线分别垂直放入装水的圆柱形容器中，在0℃、湿度为40％、冷冻12小时后进行拉力试验测试冰粘附力的大小，结果如图2所示。结果可以看出，原始铝绞线与对比实施例1的冰粘附力大小相近，均800kPa左右。对比实施例2和3冰粘附力非但没有下降，反而超过1000kPa。对比实施例4冰粘附力也超过500kPa。而实施例1的样品冰粘附力都非常小，仅为46kPa。因此，通过该对比例可以看出，本发明中的可延缓结冰，具有低冰粘附力的铝绞线中，微结构处理、表面改性以及硅油涂覆均是必不可少的步骤，只有形成稳定的润滑层，才能使冰粘附力大幅度下降，获得防覆冰性能优异的铝绞线。
将未处理的铝绞线与上述实施例2～4制备得到的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器中，在0℃、湿度为40％、冷冻12小时后进行拉力试验测试冰粘附力的大小，结果如图3所示。实施例2～4的冰粘附力为分别为40、37和51kPa，表现出优异的防覆冰能力。
将未处理的铝绞线与上述实施例5～8制备得到的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器中，在-20℃、湿度为60％、冷冻12小时后进行拉力试验测试冰粘附力的大小，结果如图4所示。实施例5～8的冰粘附力为分别为38、35、27和40kPa，表现出优异的防覆冰能力。
将未处理的铝绞线与上述实施例9～12制备得到的可延缓覆冰、具有低冰粘附力铝绞线垂直放入装水的圆柱形容器中，在-40℃、湿度为90％、冷冻12小时后进行拉力试验测试冰粘附力的大小，结果如图5所示。实施例9～12的冰粘附力为分别为75、107、150和36kPa，其防覆冰能力良好。
效果对比实施例14
本发明在铝绞线粗糙结构制备和表面氟化改性处理的中国专利CN102290147的方法比较，因此本发明中按照CN102290147中实施例1～3制备超憎水性防覆冰铝绞线，并与本发明中实施例的防覆冰性能进行了对比。
按照CN102290147实施例4进行喷水覆冰试验，将几种处理的铝绞线放入-6℃的低温环境中进行喷水覆冰。本发明实施例1～12与CN102290147实施例1～3样品在覆冰60min的时间内均只有少量覆冰，然而，随着喷水时间的增加，CN102290147实施例1～3样品表面覆冰逐渐增加，至覆冰120min时，冰层开始在CN102290147实施例1～3样品上出现不连续冰环，至覆冰5h时，表面已经形成了完整的覆冰层。而本发明实施例1～12的铝绞线在同样的覆冰条件下，不连续冰环出现的时间延缓至240min，而完整覆冰层直至覆冰超过10小时后才形成。
同时，利用本发明实施例中的冰粘附力测试方法测试了CN102290147实施例1～3样品形成完整覆冰层后冰层在导线上的粘附力，其结果如图6所示，CN102290147实施例1～3样品的冰粘附力超过未处理的铝绞线冰粘附力，均超过1000kPa，与实施例13中对比实施例2和3相近。比较本发明实施例1～12的低冰粘附力可以看出，本发明方法制备的铝绞线在降低冰粘附力上效果更佳。因此，本发明方法制备的铝绞线无论是在延缓覆冰还是降低冰粘附力的防覆冰性能上均超过CN102290147制备的超憎水性防覆冰铝绞线。
对比实施例15
本发明的创新工作过程中，经过研究发现，非挥发性疏水液体的粘度对材料整体的防覆冰性能有会产生直接的影响。粘度低于0.1cm2/s的疏水性液体均不利于长期的有效的使用，因此本发明中选用的疏水液体粘度均大于0.1cm2/s。本对比实施例中，按照实施例1的制备步骤，发明人分别使用了粘度为0.1、5、20、50、100、200cm2/s的硅油作为非挥发性疏水液体固定步骤的填充液体，对比了各种粘度的硅油涂覆的材料的冰粘附力和延缓覆冰效果。冰粘附力测试中，发明人首先测试了，在0℃、湿度为40％、冷冻12小时后进行拉力试验，结果表明，0.1、5、20、50、100、200cm2/s的硅油涂覆样品的冰粘附力分别为32、37、40、46、89、130KPa，其冰粘附力均较小，具有降低冰粘附力的性能。发明人还测试了，在-6℃的低温环境中进行喷水覆冰试验，所有样品在覆冰60min的时间内均只有少量覆冰。粘度低于50cm2/s的样品，不连续冰环出现的时间均超过240min，10小时后形成完整覆冰层。然而，粘度为100和200cm2/s的硅油涂覆的样品在覆冰140min时，即开始出现不连续冰环，5h后表面形成完整覆冰层。考虑到铝绞线的使用年限以及实际应用过程中需要长时间处于低温高湿环境必须使延缓结冰能力优良，因此，本发明中的疏水液体的粘度选择范围为0.1～50cm2/s。
Claims (13)
1.一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，其特征在于，铝绞线表面具有刻蚀形成的粗糙微结构；粗糙微结构表面经过改性剂进行表面化学改性后复合有一层非挥发性疏水液体；所述的非挥发性疏水液体包括硅油、液体聚丁烯、液体氟碳或液体氟硅；所述的非挥发性疏水液体在室温下的粘度范围为0.1~50 cm2/s；所述的改性剂为一端含有可水解基团的硅烷，其另一端含有烷烃基或者含氟烷烃基。
2.根据权利要求1所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，其特征是：所述的可水解基团为烷氧基或者氯基。
3.根据权利要求1所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，其特征是：所述的改性剂包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三甲氧基硅烷、五氟辛烷三甲氧基硅烷、五氟辛烷二甲氧基氯硅烷中的一种或者几种。
4.一种可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是，包含以下制备步骤：先将铝绞线表面刻蚀成粗糙微结构后，在粗糙微结构表面通过改性剂进行表面化学改性，再复合上非挥发性疏水液体层；所述的非挥发性疏水液体包括硅油、液体聚丁烯、液体氟碳或液体氟硅；所述的非挥发性疏水液体在室温下的粘度范围为0.1~50 cm2/s；所述的改性剂为一端含有可水解基团的硅烷，其另一端含有烷烃基或者含氟烷烃基。
5.根据权利要求4所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，其特征是：所述的可水解基团为烷氧基或者氯基。
6.根据权利要求4所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线，其特征是：所述的改性剂包括甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三氯硅烷、七氟戊烷基三甲氧基硅烷、五氟辛烷三甲氧基硅烷、五氟辛烷二甲氧基氯硅烷中的一种或者几种。
7.根据权利要4-6任一项所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述的改性是通过将改性剂直接进行气相沉积至铝绞线的粗糙微结构表面或者是将铝绞线的粗糙微结构表面浸泡在含改性剂的溶液中进行改性。
8.根据权利要求7所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述的含改性剂的溶液中，改性剂的质量分数为1%~20%。
9.根据权利要求8所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述的含改性剂的溶液中溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、氯仿中的一种或几种。
10.根据权利要求4-6任一项所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述的刻蚀包括溶液刻蚀、水热刻蚀或水蒸汽刻蚀。
11.根据权利要求10所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述溶液刻蚀使用的刻蚀溶液选自质量分数为5~20%的酸水溶液或者质量分数为10~30%的碱水溶液；所述的水热刻蚀的热水温度为80 oC ~95 oC；所述的水蒸汽刻蚀的蒸汽温度为100oC~200oC。
12.根据权利要求11所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：所述的酸水溶液中的酸为无机酸或者能溶于水的有机酸；所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的一种或几种；所述的有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、苯甲酸、苯磺酸、乙二酸、丁二酸以及它们的衍生物中的一种或几种；所述的碱水溶液中的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢钠、氨水中的一种或几种。
13.根据权利要求4-6任一项所述的可延缓覆冰、具有低冰粘附力的铝绞线的制备方法，其特征是：采用喷涂或浸泡的方式将非挥发性疏水液体复合固定至已表面改性的粗糙微结构表面铝绞线上。
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