一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法.pdf

本发明公开了属于输电导线防冰冻技术领域的一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法。是在输电裸导线表面采用超憎水涂层以防止雨凇覆冰在输电导线表面形成，克服了输电导线覆冰带来的断线、倒塔、导线舞动等安全事故对电力系统可靠运行的危害。本技术利用化学刻蚀方法在铝导线及铝基片上构造出了具有微纳米孔洞结构的表面，经低表面能材料修饰后即得到了具有良好超憎水性的结构涂层，该涂层在低温毛毛雨或冻雨覆冰条件下可有效抑制表面雨凇覆冰的形成。该技术具有操作简单，成本低，防冰效果良好等特点。

1.  一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于，所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法是在输电裸导线表面采用超憎水涂层以防止雨凇在输电裸导线表面形成覆冰，处理步骤是先使用混合酸性刻蚀剂对裸导线表面进行刻蚀处理20s～1.5min后，超声纯水洗净，50-80℃温度干燥处理20-40min，在其表面构造出微纳米级孔洞结构，然后浸渍于1-5wt％的氟硅烷溶液中进行低表面能修饰12h，低表面能修饰后的裸导线经80-200℃下处理2h干燥处理后即得到具有良好防冰性能的超憎水涂层。

2.  根据权利要求1所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于，所述混合酸性刻蚀剂由氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸按体积比1∶3.5∶1∶1。

3.  根据权利要求1所述所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于：所述氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸的浓度分别为40％、37％、67％、98％。

4.  根据权利要求1所述所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于：所述混合酸性刻蚀剂的浓度为20-40wt％。

5.  根据权利要求1所述所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于：所述输电裸导线为铝导线。

一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法
技术领域
本发明属于输电导线防冰冻技术领域，特别涉及一种有效抑制输电裸导线表面雨凇覆冰形成的方法。
背景技术
输电导线覆冰后由于机械负荷增加将会引起断线、倒塔、导线舞动等安全事故，严重影响电力系统的可靠性运行，成为输电线路安全运行研究的热点。经过几十年的防冰除冰方法研究，逐步形成了热力除冰、机械除冰、自然力除冰等不同的防冰除冰方法，但这些防冰除冰方法由于耗能高、效果有限等限制了在电力系统中的使用范围。涂层防冰法由于在工程上简单易行、无能耗、成本低等特点，已成为输电线路防冰的研究热点之一。目前用于防覆冰的涂层主要包括：利用材料自身发热抑制表面覆冰形成的电热防冰涂层，它需要消耗一定的电能；利用材料吸光发热抑制表面覆冰形成的光热涂层，环境光线的差异会直接影响其防冰效果；另一类是常规憎水材料，利用其憎水性能减小涂层表面冰的粘附力但并不能有效抑制表面覆冰的形成。综上，这些涂层各自不同的工作特性决定了其使用的缺陷和有效性。超憎水表面以其高达150°以上水滴接触角和低的水滴滑行角可有效抑制表面水滴形成及表面的湿润行为，从而有效防止表面覆冰的形成，成为极具潜力的防冰途径。
超憎水表面的憎水特性主要由表面微观形貌和低表面能涂覆材料共同决定，为此控制涂层表面的微结构及选取合适的低表面涂覆材料成为关键。涂层表面的微凸结构，特别是阶层结构的微纳米结构有利于捕获空气形成气泡垫，从而减少水滴与涂层之间的接触面积，抑制了水滴与涂层之间的相互作用，有利于接触角的增大及水滴滑行角的减小。如在Mg-Li合金表面构造花瓣形结构后经相关材料修饰后可以获得高达160°水滴接触角表面，而具有微孔结构的SiO₂气凝胶表面水滴接触角可高达170°以上，但上述结构并未见在铝材表面构造出来，更未见到相关防冰性能的研究。目前相关具有防冰效果的防冰涂层均只能降低冰与涂层之间粘附力而并不能有效抑制表面覆冰层的形成，如Farzaneh利用Al₂O₃/PTFE制备得到的表面可以降低冰与铝材间剪切应力约2.5倍，但并未见其可有效抑制铝材表面覆冰形成。为此通过合适的方法在铝材表面构造出具有微纳米结构的表面，再经相关低表面能物质修饰后将得到良好的超憎水的结构表面，该种表面可有效限制表面水滴的粘附及表面的湿润行为，从而可有效抑制表面覆冰的形成。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法，其特征在于，所述抑制输电裸导线表面覆冰的方法是在输电裸导线表面采用超憎水涂层以防止雨凇在输电裸导线表面形成覆冰，处理步骤是先使用混合酸性刻蚀剂对裸导线表面进行刻蚀处理20s～1.5min后，超声纯水洗净，50-80℃温度干燥处理20-40min，在其表面构造出微纳米级孔洞结构，然后浸渍于1-5wt％的氟硅烷溶液中进行低表面能修饰12h，低表面能修饰后的裸导线经80～200℃下处理2h干燥处理后即得到具有良好防冰性能的超憎水涂层。
所述混合酸性刻蚀剂由其中混合酸性刻蚀剂由氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸按体积比1∶3.5∶1∶1混合而成。
所述氢氟酸、盐酸、硝酸和硫酸浓度分别为40％、37％、67％、98％。
所述混合酸性刻蚀剂的浓度为20-40wt％。
所述输电裸导线为铝导线。
本发明的有益效果是采用简单的化学刻蚀法在铝导线上构造出了具有微纳米孔洞结构的表面，该表面经低表面能氟硅烷修饰后具有良好的超憎水性，可以有效抑制表面覆冰的形成，解决低温冷冻天气下输电导线表面的覆冰问题。我们采用的原料均为普通的工业生产出来的产品，没有进行任何处理，工艺简单，所以该种超憎水防冰涂层适于工业大规模生产。
附图说明
图1为铝线表面超憎水防冰涂层在低温过冷水喷水a.10min、b.30min、c.60min、d.180min时表面覆冰情况。
图2铝线表面未经任何处理的光滑铝线在低温过冷水喷水a.10min、b.20min、c.30min时表面覆冰情况。
图3超憎水防冰涂层表面微观结构图。
具体实施方式
本发明提供一种抑制输电裸导线表面覆冰的方法，在输电裸导线表面形成超憎水涂层以防止雨凇在输电裸导线表面形成覆冰，从而防止表面覆冰的形成。下面先使用由氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸组成的混合酸性刻蚀剂对裸导线(铝线)表面进行刻蚀，超声纯水洗净，50-80℃温度干燥处理，在其表面构造出粗糙度为微纳米级的表面结构，然后浸渍于氟硅烷溶液中进行低表面能修饰，低表面能修饰后的铝线经干燥处理后即为本专利中制备的具有良好防冰性能的超憎水涂层，下面结合实施例进一步说明本发明。
图1所示为铝线表面超憎水防冰涂层在低温过冷水喷水a.10min、b.30min、c.60min、d.180min时表面覆冰情况。
图2未经任何处理的光滑铝线在低温过冷水喷水a.10min、b.20min、c.30min时表面覆冰情况。
图3超憎水防冰涂层表面微观结构图。
实施例1
将铝线(长15cm、Φ2.76mm)置于20wt％、25wt％、30wt％混合酸性刻蚀剂中快速处理1.5min后，超声纯水洗净，70℃下干燥处理30min后，浸渍于1.5wt％或2.5wt％的氟硅烷为氟硅烷FAS-17的溶液中进行低表面能修饰12h，而后在100℃下处理2h后在其表面构造出微纳米级孔洞结构的超憎水涂层，超憎水防冰涂层表面微观结构(如图3所示)。其中混合酸性刻蚀剂由氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸按体积比1∶3.5∶1∶1混合而成。
实施例2
将上述经25wt％混合酸性刻蚀剂快速处理的铝线，及用2.5wt％的氟硅烷溶液低表面能修饰后的超憎水防冰铝线和未经任何处理的光滑铝线在-6℃以下低温环境中采用过冷水(水温0℃)进行喷水覆冰对比试验，其表面覆冰实际拍摄相片：超憎水铝线表面覆冰情况：如图1a为喷水10min、图1b为喷水30min、图1c为喷水60min、图1d为喷水180min；图2为未经任何处理的光滑铝线表面覆冰情况：如图2a为10min、图2b为20min、图2c为30min所示。可以看出未经任何处理的光滑铝线表面在低温过冷水喷水10min后表面即形成了一层致密的覆冰层，随着喷水时间增加表面覆冰层厚度不断增加；而涂覆超憎水结构涂层的防冰导线在低温过冷水喷水10min后仅在导线末端尖端处及导线夹具处出现覆冰点，即使该防冰导线在长达180min低温过冷水作用后仍未出现任何新的覆冰点，由此说明本发明具有有效的长时间防冰性能；通过对比分析可以看出该涂覆超憎水结构涂层的防冰导线具有良好的防冰性能。