CN111871739A - 一种可用于rtv/sr材料表面的超疏水防污闪涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层及其制备方法，所述超疏水防污闪涂层包括超疏水涂层和硅油阻隔层涂层；超疏水涂层的干膜厚度为50～120um，硅油阻隔层涂层的干膜厚度为10～50um。所述制备方法包括四步：清洁、涂敷硅油阻隔层、涂敷超疏水底漆层和涂敷超疏水面漆层。本发明所述的超疏水防污闪涂料可以直接在RTV或PRTV或硅橡胶材料表面进行重涂，一是解决RTV硅橡胶材料憎水性能不足和积灰的问题，表面达到超疏水、超自洁，防凝露和延迟结冰状态效果，且极大提高户外耐老化性能，二是解决RTV硅橡胶材料重涂困难的问题，适合直接在各种RTV硅橡胶材料的表面上便捷复涂，三是涂装很薄的厚度就能使材料表面疏水角度>150°，达到持久的超疏水状态。

Description

一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层及其制备 方法

技术领域

本发明涉及电力行业设备技术领域，尤其涉及一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层及其制备方法。

背景技术

室温硫化硅橡胶长效防污闪或复合涂料(简称RTV涂料或PRTV涂料)广泛使用于电力输变电设备外绝缘防污闪工作中。在输电线路经过的地区，由于工业污秽、海风的盐雾、空气中的尘埃等污秽物渐渐积累并附着在绝缘子表面，形成污秽层。这此污秽物含有酸碱和盐的成分，在干燥时导电性不好，遇水受潮后，具有较高的导电系数。当下雨、积雪融化、下雾等不良天气时，污秽绝缘子的绝缘强度大大降低，引起绝缘子在正常运行电压下闪络，造成大面积停电，会发生线路污闪事故。

行业内现有的解决办法之一是采取调爬的措施。调爬即增加绝缘子数量。增加绝缘子数量会带来一系列的问题，如增加杆塔的负担、增加导线的摆动而引起相间短路的概率等。另外，会因污秽等级的加重反而失去原有的防污效果。

行业内现有的解决办法之二是绝缘子定期清扫。该方法成本高、效率低、危险系数高。虽然起到一定的作用，但清扫的工作量很大，一般情况下只能停电清扫，受到电网运行的限制。对于带电水冲洗由于对操作要求比较专业而且较危险，目前很少采用。

行业内现有的解决办法之三是采用更换新的合成绝缘子(也叫硅橡胶(SR)材料复合绝缘子)。合成绝缘子可以起到较好的防污效果，但如果在设计初期未采用合成绝缘子，在后续的防污工作中试图通过更换合成绝缘子几乎是不可能的事情，因为费用高，工程量大。再者，在变电站的支柱绝缘子由于机械强度的问题一般均不采用合成绝缘子，但变电站的绝缘水平相对于线路又是薄弱环节，因此如何避免变电站设备污闪还必须采取其他的防污闪措施。如前期设计就是采用合成绝缘子，随着使用年限增加，易积累污秽，易老化龟裂，造成绝缘性下降反而成为威胁电网安全的不良因素。原因是硅橡胶(SR)材料是一种以重复的Si-O键为主链，硅原子上直接连接有机基的聚合物，硅橡胶硅氧烷的化学结构式

式中R₁，R₂，R₃为有机基团如甲基，乙基，乙烯基，苯基，三氟丙基等，m，n为聚合度，是很宽范围内变化的整数。通常情况下，Si-O键的键能很高，稳定性强，但如果长时间在臭氧、强紫外线辐射和电晕的侵蚀下Si-O键的键能会发生减弱，甚至断裂，出现硅橡胶的老化。宏观上则表现在材料变硬、变脆、开裂、憎水性下降、缺乏弹性、表面有污秽层等。目前行业内没有专门针对合成绝缘子上再涂刷防污闪涂料，进而进一步增强合成绝缘子防污闪能力和使用寿命的涂料。

行业内现有的解决办法之四是采用绝缘子上涂刷防污闪涂料RTV或PRTV涂料，也是目前电力系统解决户外绝缘设备防污闪问题的普遍方案。在我国RTV涂料经历了由多组分、双组分、单组份的发展过程，经多年挂网运行，单组份RTV或PRTV涂料应用广泛，其主要成分包括了聚二甲基硅氧烷、交联剂、填料、催化剂和稀释剂。由于主体树脂是硅氧烷或氟碳改性的硅氧烷，该类有机材料疏水角度一般介于90°～120°，疏水性能一般。另外RTV或PRTV由于本身机理，表面会迁移富集大量憎水性基团，造成表面极易吸附灰尘形成较厚层的污秽层，这种表面在长时间的雾、露、雨水等条件的作用和润湿下，容易形成连续水流和水膜。且RTV或PRTV涂料涂刷后常年暴露在户外，遭受日晒、雨淋、高温和严寒等恶劣气候条件的侵蚀，受紫外线的照射以及强电磁场环境的影响，其防污闪能力就会慢慢减弱甚至起不到防污闪的作用。最终会造成绝缘子表面闪络，发生污闪事故。迄今为止，国内电力系统对于RTV或PRTV涂料运行寿命还没有具体的判断方法，多是以生产厂家的年限说明为依据，到期后重新涂刷，或者是某一批次涂料发生问题时就全部重涂，浪费大量的人力与财力，重涂时选择涂料厂家的范围窄，一般是第一次涂刷的涂料厂家，而不同厂家的涂料重涂不一定可以保证搭配使用。同时在重涂方法上也有争议，是将原涂料去除干净后重新喷涂，还是直接进行复涂，目前没有明确的结论。严格办法是先清除旧的涂层，常用清除的方法是竹片刮，再辅以汽油溶剂，用干抹布用力将旧涂层擦掉，清除掉旧涂层后再重涂一层新的RTV或PRTV涂层。但清理工艺费时费力效率低下且不易清理干净，并增加了停电时间成本。另一种节约时间的处理方法是仅将涂层表面的污秽和破损部位的涂层清扫掉，然后在旧涂层上直接涂敷新的RTV或PRTV涂料。本身旧涂料厚度250～500um，二次重涂涂刷后厚度会过大，很容易造成涂层的附着力不好，更易老化爆裂和脱落起皮失效，更不用说再进行第三次复涂。涂层脱落部位更易吸附灰尘油污等形成厚厚的污秽层，在雾、露或毛毛雨等潮湿天气影响下，污秽层会吸收水分，形成小水珠沾附在表面，从而降低绝缘子的耐污闪电压造成电力设备的污闪事故。RTV和PRTV涂料的主体材料是硅橡胶树脂，硅橡胶老化后变硬、变脆、开裂、憎水性下降、缺乏弹性、表面有污秽层等所有缺点依旧存在。

综上所述，采用防污闪涂料RTV或PRTV方案存在如下五大缺点：一、易吸附大量灰尘形成污秽层，无自洁功能；二、疏水能力差，易湿润。即使重涂后修复性能不足，新的RTV或PRTV最多达到原涂层的最高憎水性能，即本身憎水角度不超过120°，和原涂层一样属于一般疏水级别，远远没有达到超疏水级别，依然存在易吸灰尘，自洁性能不强和防污闪能力不足等弊端；三、清扫污秽层费时费力效率低下；四、易老化和重涂困难；五、难以抵御鸟粪、青苔、水泥灰等特殊污秽物。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层及其制备方法，该超疏水防污闪涂层可以直接在RTV或PRTV或硅橡胶(SR)材料表面进行重涂，省时方便，而且解决了RTV硅橡胶材料憎水性能不足和积灰的问题，使其表面不仅达到超疏水、超自洁，还有防凝露和延迟结冰状态效果；并极大的提高了运输线路的户外耐老化性能，延长使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，：包括如下步骤：

1)在RTV/SR材料绝缘子上清洁表面灰尘油污，要求达到无油污、无尘埃、无水痕、无溶剂；

2)在清洁后的绝缘子表面涂敷一层硅油阻隔层，常温25℃干燥30min，涂层干燥后厚度10～50um；所述硅油阻隔层的组分为环氧树脂、环氧固化剂和环氧稀释剂；

3)在步骤2)所述的硅油阻隔层表面涂敷超疏水底漆层，喷涂压力2.0～4.0bar，喷涂距离15～20cm，常温25℃干燥30min可以表干，实干1d时间，涂层最终干燥后厚度40～100um；所述超疏水底漆的组分为双组分环氧和含氟基团改性聚氨酯涂料，具体为：环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆、稀释剂和异氰酸酯固化剂；

4)10min后，在步骤3)所述的超疏水底漆层表面继续喷涂超疏水面漆层，喷涂压力2.0～4.0bar，喷涂距离20～25cm，常温25℃干燥30min，涂层最终干燥后厚度10～20um；所述超疏水面漆的组分为纳米疏水二氧化硅改性剂。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，步骤2)所述环氧树脂、环氧固化剂和环氧稀释剂的质量比为：10～12：1：0.8～1。

作为上述技术方案的改进，步骤3)所述环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆、稀释剂和异氰酸酯固化剂的质量比为：40～45：25～27：5～7。

作为上述技术方案的改进，步骤3)所述底漆与步骤4)所述面漆的质量比为8：5～10。

作为上述技术方案的改进，本发明所述可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，还有以下技术特征：

1)施工条件：施工温度10～35℃；空气相对湿度小于75％，避免在雨、雪、雾天气中施工；

2)混合后适用期：底漆组分混合后4小时内用完。如使用期间出现增稠现象，可加入少量稀释剂混匀后再进行喷涂。

喷涂参数：

3)底漆喷涂参数：可喷涂、刷涂、辊涂，建议采用空气喷涂施工。喷涂压力约为2.0～4.0bar，喷涂距离15～20cm，喷幅适中，可喷涂1～2枪，干膜厚度控制在40～100um，喷涂粘度15～25s(粘度由涂～4杯测量)；

4)面漆喷涂参数：面漆喷涂需在底漆表干后施工，建议10min后喷涂面漆，喷涂压力约为2.0～4.0bar，喷涂距离20～25cm，可喷涂3～4枪。

5)保养时间：施工完成后，应避免风沙，雨水污染，漆膜表干时间约30min/25℃，表干后可初步具有超疏水性能，实干1d时间。

本发明所述另一种技术方案：一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层，通过上述方法制备。所述超疏水防污闪涂层包括超疏水涂层和硅油阻隔层涂层；所述超疏水涂层的干膜厚度为50～120um，所述硅油阻隔层涂层的干膜厚度为10～50um。

本发明所述的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的工作原理是荷叶自洁效应，荷叶表层分布富含低表面能的蜡质化学物质和密集的微米级乳突，这些乳突上还存在着纳米级的绒毛结构而形成微米-纳米结构。仿生制备薄料涂层cosθw＝w cosθy-(1-w)，使得θw(接触角)>150°。该涂层模拟荷叶表面的仿生结构，具有由类似纤维的纳米结构所组成的微-纳粗糙结构以及含有低表面能物质，且由于涂层表面具有多重微-纳结构，实现了不仅超疏水，而且还超疏油的双超疏涂层。所以涂料表面上的灰尘容易随着水滴的滚落被水滴带走。即使在面对各类复杂、极端的污秽物也不能实现不沾灰、易清洁，从而实现超自洁功能。即使特别的污染物也可以防粘附，比如鸟粪，其主要成分是油脂、无机盐及水。当鸟粪掉落到超双疏涂层表面时，由于其优异的超疏水和超疏油特性，鸟粪覆盖但不会黏附在涂层表面。鸟粪干燥后，由于涂层的表面能极低，使得其与鸟粪的附着力极低，当有外力或下雨时，鸟粪极易滑落或被雨水带走，青苔和水泥灰等其他特殊污秽物也是如此在表面易滑落或被雨水带走。因此涂层具有超疏水、超疏油和超自洁功能。该涂料兼具RTV涂料的憎水迁移特性。因为涂料含有一定的聚硅氧烷添加剂，也会迁移到独特的仿生防污技术表面。该涂层即使在高湿度环境下，水滴也会凝结成水珠，在极小的滚动角度1～2°下滚落滴落，不粘附在RTV硅橡胶材料的表面，实现高湿环境下也能达到超疏水的状态。该涂层由于表面仿生修补技术中引入了含氟化合物，其中的C～F键键能达到485KJ·mol^-1(对应波长247nm，小于UV光的最低波长280nm)，UV光能量无法将C-F键断开，故此技术的耐紫外光老化性能远超一般材料。

最终涂层达到表面超疏水、超疏油、超自洁、憎水迁移、高湿环境超疏水等功能。极大提高电网外绝缘防污闪能力，有效防止因污秽、凝露引起的电网事故，主动抵御因冻雨冰雪灾害天气对电网造成的损害。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

本涂料可以直接在RTV或PRTV或硅橡胶材料表面进行重涂，一是解决RTV硅橡胶材料憎水性能不足和积灰的问题，表面不仅达到超疏水、超自洁，还有防凝露和延迟结冰状态效果，而且极大的提高了户外耐老化性能，因为主体树脂中有大量含氟改性基团，其C～F材料具有很高的户外耐候性，远超一般的硅橡胶材料。因此复涂后大大提高原RTV硅橡胶材料在电力设备中的防污闪能力和使用寿命；二是解决RTV硅橡胶材料重涂的困难问题，适合直接在各种RTV硅橡胶材料的表面上便捷复涂；三是RTV或硅橡胶材料使用一段时间后，表面易老化后剥落或起皮或龟裂，由于涂料RTV厚度很厚达到500um，重涂时直接再涂装会过厚，造成使用中涂层容易暴裂，严重影响使用寿命；假如铲除旧的RTV涂层，工艺不仅麻烦且浪费大量的人力与财力。且RTV涂料疏水角度最多只能达到120°，并随着使用时间增加，涂层老化后疏水角度下降严重。而本涂料能够直接涂敷在RTV或PRTV或硅橡胶材料上，厚度仅60～170um，涂装很薄的厚度就能使材料表面疏水角度大于150°，达到持久的超疏水状态，大大提高电力设备防污闪能力。不仅重涂涂装方便，而且综合性能更优于RTV或硅橡胶材料，对RTV硅橡胶材料提供更优秀的保护和使用寿命。从而为电力系统解决设备的防污闪问题提供更好和更专业的选择方案。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明所述可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的结构示意图；

图2是未使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子的疏水角度图；

图3是未使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子在下雨时的外观图；

图4是使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子的疏水图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

图1是本发明所述可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的结构示意图，如图1所示，所述超疏水防污闪涂层包括超疏水涂层和硅油阻隔层涂层；所述超疏水涂层的干膜厚度为50～120um，所述硅油阻隔层涂层的干膜厚度为约10～50um。

实施例1

一种超疏水自清洁陶瓷绝缘子，用于110KV输电铁塔电力设备上。上述绝缘子本体的外表面上已设有旧的RTV涂料涂层，旧涂层厚度约为500um，喷涂超疏水防污闪涂料前对水接触角度90°，滚动角度80°，上述样品喷涂超疏水超自洁涂料的制备方法包括如下步骤：

1)在硅橡胶(SR)绝缘子上清洁表面灰尘油污，要求达到无油污、无尘埃、无水痕、无溶剂。

2)表面涂敷一层硅油阻隔层，该阻隔层类型为环氧树脂10份，环氧固化剂1份，环氧稀释剂1份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度50um。

3)表面涂敷超疏水底漆层，该底漆层类型为双组分环氧和含氟基团改性聚氨酯涂料，环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆40份，稀释剂25份，异氰酸酯固化剂5份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度50um。

4)继续喷涂超疏水面漆，该面漆类型为纳米疏水二氧化硅改性剂，比例面漆：底漆总份数＝10：8。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度20um。

实施例2

一种超疏水复合硅橡胶绝缘子，用于220KV变电站户外的电力设备上。上述绝缘子材质是合成硅橡胶，表面无涂层。喷涂超疏水防污闪涂料前对水接触角度100°，滚动角度60°，上述样品喷涂超疏水超自洁涂料的制备方法包括如下步骤：

1)在复合硅橡胶绝缘子上清洁表面灰尘油污，要求达到无油污、无尘埃、无水痕、无溶剂。

2)表面涂敷一层硅油阻隔层，该阻隔层类型为环氧树脂12份，环氧固化剂1份，环氧稀释剂1份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度60um。

3)表面涂敷超疏水底漆层，该底漆层类型为双组分环氧和含氟基团改性聚氨酯涂料，环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆42份，稀释剂27份，异氰酸酯固化剂7份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度50um。

4)继续喷涂超疏水面漆，该面漆类型为纳米疏水二氧化硅改性剂，面漆：底漆总份数比例＝5：8。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度10um。

实施例3

一种超疏水复合横担绝缘子，用于户外35KV变电站户外电器设备上。上述绝缘子材质是合成硅橡胶，表面无涂层。喷涂超疏水防污闪涂料前对水接触角度90°，滚动角度70°，上述样品喷涂超疏水超自洁涂料的制备方法包括如下步骤：

1)在复合硅橡胶绝缘子上清洁表面灰尘油污，要求达到无油污、无尘埃、无水痕、无溶剂。

2)表面涂敷一层硅油阻隔层，该阻隔层类型为环氧树脂11份，环氧固化剂1份，环氧稀释剂0.8份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度60um。

3)表面涂敷超疏水底漆层，该底漆层类型为双组分环氧和含氟基团改性聚氨酯，环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆45份，稀释剂26份，异氰酸酯固化剂6份。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度50um。

4)继续喷涂超疏水面漆，该面漆类型为纳米疏水二氧化硅改性剂，比例面漆：底漆总份数＝7：8。常温25℃干燥30min。涂层干燥后厚度15um。

本发明所述可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层在施工完成后，应避免风沙，雨水污染，漆膜表干时间约30min/25℃，表干后可初步具有超疏水性能，实干1d时间可达到最佳的超疏水性能。外观检查：涂层应平整，颜色一致，无针孔、气泡、剥落等缺陷，用5～10倍的放大镜检查，无微孔者合格。涂层厚度检查：用测厚仪测定，要求涂层厚度均匀，涂层厚度和层数应符合设计要求。超疏水性能检查：使用滴管将水滴到漆膜表面，观察水滴能否以水珠状形态迅速滚落，能迅速滚落为合格，否则不合格。

图2是未使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子的疏水角度图，从图中可以看出RTV的水接触角CA约119°。水珠易粘附在RTV表层，不易滚落下去。图3是未使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子在下雨时的外观图。从图3中可以直观的看出水珠残留在RTV绝缘子表层。图4是使用本发明所述超疏水防污闪涂层的RTV绝缘子的疏水图。从图4中可以直观的看出，水在涂层上不残留，而是迅速滚落。

表1实施例1～3所制备的涂敷有超疏水防污闪涂层的绝缘子性能测试如下表所示：

从表1中可以看出，涂敷本发明所述的超疏水防污闪涂层的绝缘子的接触角明显增大，均大于150°，属于超疏水级别；而且滚动角大幅降低。

表2本发明所述RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层与RTV或硅橡胶材料的性能对比

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)在RTV/SR材料绝缘子上清洁表面灰尘油污，要求达到无油污、无尘埃、无水痕、无溶剂；

2)在清洁后的绝缘子表面涂敷一层硅油阻隔层，常温25℃干燥30min，涂层干燥后厚度10～50um；所述硅油阻隔层的组分为环氧树脂、环氧固化剂和环氧稀释剂；

3)在步骤2)所述的硅油阻隔层表面涂敷超疏水底漆层，喷涂压力2.0～4.0bar，喷涂距离15～20cm，常温25℃干燥30min可以表干，实干1d时间，涂层最终干燥后厚度40～100um；所述超疏水底漆的组分为双组分环氧和含氟基团改性聚氨酯涂料，具体为：环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆、稀释剂和异氰酸酯固化剂；

4)10min后，在步骤3)所述的超疏水底漆层表面继续喷涂超疏水面漆层，喷涂压力2.0～4.0bar，喷涂距离20～25cm，常温25℃干燥30min，涂层最终干燥后厚度10～20um；所述超疏水面漆的组分为纳米疏水二氧化硅改性剂。

2.如权利要求1所述的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)所述环氧树脂、环氧固化剂和环氧稀释剂的质量比为：10～12：1：0.8～1。

3.如权利要求1所述的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)所述环氧和含氟基团改性的聚氨酯底漆、稀释剂和异氰酸酯固化剂的质量比为：40～45：25～27：5～7。

4.如权利要求1所述的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)所述底漆与步骤4)所述面漆的质量比为8：5～10。

5.一种可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层，其特征在于：通过上述权利要求1-4任一项所述的方法制备。

6.如权利要求5所述的可用于RTV/SR材料表面的超疏水防污闪涂层，其特征在于：所述超疏水防污闪涂层包括超疏水涂层和硅油阻隔层涂层；所述超疏水涂层的干膜厚度为50～120um，所述硅油阻隔层涂层的干膜厚度为10～50um。

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