超憎水涂层微结构对其低温动态憎水性影响规律的研究

输电线路覆冰是影响电网稳定安全运行的难题，人们认为开发具有超憎水性能的涂层是解决该问题的有效途径。然而，我们研究发现室温条件下具有相同超憎水性能的涂层其防覆冰性能却存在显著差异。针对这一试验现象，本项目依据运动水滴与涂层表面的作用原理，结合涂层表面微结构与其憎水性的紧密相关性，研究低温和运动水滴双重作用下超憎水涂层微结构对其憎水性的影响规律。研究内容包括：利用化学和激光刻蚀法可控地制备具有不同微结构的超憎水涂层表面；试验研究低温条件下运动水滴与超憎水涂层碰撞过程中的宏观动态特性、涂层表面残留水分的微观形态及残留水分结冰后与涂层粘附力的变化规律，确定衡量超憎水涂层低温动态憎水性的标准；研究涂层低温动态憎水性与其憎冰性的关联性，建立基于超憎水涂层低温动态憎水性的防覆冰性能评价方法。为有效指导超憎水防覆冰涂层的开发和研制新型防覆冰涂层奠定理论和试验基础。

本项目工作按照计划书执行，全面完成了研究计划。以输电导线常用金属铝为基材，首先利用化学刻蚀法在铝基材表面构造微纳米结构，通过改变反应参数实现了对微纳米结构尺寸的调控，获得了具有不同空隙度和厚度的片层状纳米凸起结构。然后，考察了不同低表面能物质对涂层憎水性的影响，涂料的分子组成与结构对憎水性影响明显，经硬脂酸和氟硅烷涂覆后微纳米结构涂层均呈现超憎水性。其次，我们设计开发了一套测试涂层与冰粘附力的测试装置，摸索出了一套测试冰粘附力的测试方法。对不同憎水性涂层的测试结果表明经氟硅烷涂覆后涂层的冰粘附力可下降近98%，极大的降低了覆冰与涂层的粘附力。.最后，我们利用水滴动态碰撞测试平台测试了室温、0度和零下5度低温条件下超憎水涂层的动态憎水性，并利用覆冰装置对涂层的覆冰性能进行了测试。结果表明涂层的动态憎水性与其防覆冰性能变化规律基本一致，能很好的评价涂层的防覆冰效果。此外，还发现具有良好室温静态憎水性的涂层其低温动态憎水性和防覆冰性能却不佳。由此可见，与室温静态憎水性判断依据相比，动态憎水性对判断涂层的防覆冰性能更为准确。.