一种防覆冰金属高压线的制备方法及设备

摘要

本发明公开了一种防覆冰金属高压线的制备方法，其包括以下步骤：a）配制包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液，加入阴离子表面活性剂；b）将步骤a）中的混合溶液浸涂在清洗后的金属高压线上，然后干燥；c）将步骤b）得到的干燥后的金属高压线在环己烷中浸泡，然后取出干燥，得到防覆冰金属高压线。根据本发明提供的方法和设备，工艺流程简单，工序少，制备时间短且成本低，能够快速、高效地使金属高压线覆盖一层具有超疏水性的薄膜。通过本发明提供的方法制备的表面具有超疏水薄膜的金属高压线，其表面具有超疏水性，并且其超疏水性表现出很好的稳定性，因此能够解决高压线覆冰、覆雪等问题，减少国家财产和人身安全损失。

权利要求

1.一种防覆冰金属高压线的制备方法，其包括以下步骤：

a)配制包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯以及溶剂的混合溶液，加入阴离子表面活性剂；所述溶剂选自丙酮和二氯甲烷；

b)将步骤a)中的混合溶液浸涂在清洗后的金属高压线上，然后干燥；

c)将步骤b)得到的干燥后的金属高压线在环己烷中浸泡，然后取出干燥，得到防覆冰金属高压线，所述浸泡的温度为40～60℃，所述浸泡的时间为5～10min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中混合溶液中聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为5～60wt％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)中混合溶液中聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为10～50wt％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为30:70～70:30。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为40:60～60:40。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠，其加入量占混合溶液总量的0.1～5wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠，其加入量占混合溶液总量的0.5～5wt％。

9.根据权利要求1～8中任意一项方法，其特征在于，所述方法在包括依次连接的清洗装置、浸涂装置、干燥装置、浸泡装置和干燥装置的移动式设备中进行，所述浸涂装置中包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯以及溶剂的混合溶液，所述浸涂装置中的混合溶液中包含阴离子表面活性剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阴离子表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠。

说明书

一种防覆冰金属高压线的制备方法及设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可以解决金属高压线覆冰的方法，更具体地说，涉及一种通过在金属高压线表面形成超疏水薄膜以解决覆冰问题的方法。本发明还涉及上述制备表面具有超疏水薄膜的金属高压线的设备。

背景技术

[0002] 输电线路的覆冰和积雪威胁着电力及通信网络的安全运行。在俄罗斯、加拿大、美国、日本及我国北路和中西部高寒地带，输电线路覆冰导致的电路损害以及由此引发的安全事故，常常给当地的生活和生产带来极大的不便，并造成巨大的经济损失。覆冰常引起输电线路倒杆（塔）、断线和绝缘子闪络等重大事故，对电力系统的安全运行产生严重危害。我国是输电线路覆冰严重的国家之一，线路冰害事故发生的概率居世界前列。

[0003] 2008年我国南方发生罕见冰雨，许多高压线路覆冰，导致大范围电力系统瘫痪，造成了国家财产和人身安全损失。因此，开展防覆冰技术研究，开发可靠的防覆冰技术，从而解决金属高压线覆冰的问题刻不容缓。目前，国内外通常采用机械除冰、撒防结冰剂、加热除冰和自然被动除冰4种除冰方法。其中机械除冰效率低、工作强度大且受天气和地形限制，安全系数低，只能作为一种应急方法。而撒防结冰剂法中的防结冰一般是液体或盐类，对土壤有污染，对地面有腐蚀，只能临时涂撒，时效短。而加热除冰对电能的损耗较大、且存在非常大的安全隐患，限制了该方法的应用。自然被动除冰是指在基材的表面涂防覆冰的涂料，减小冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，再利用风和自然力的作用使冰脱落。目前，防覆冰涂料的研制是防覆冰研究的热点之一，已经研究出多种防覆冰涂料，但其应用的效果并不好。

[0004] 后来，人们发现，超疏水材料具有防覆冰的效果。其中高分子材料是制备超疏水表面的一种重要的材料。采用高分子材料制备超疏水表面的方法有很多种。但是目前制备超疏水表面的这些方法或是所用的原料昂贵，或是制备条件苛刻、费时费力，或是难以制备出均匀、大面积的超疏水薄膜，限制了上述方法的实际应用，限制了超疏水材料的应用。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种防覆冰金属高压线的制备方法，该方法以常见的聚合物为起始材料，制备方法简单、易行，制备得到的防覆冰金属高压线的表面具有超疏水薄膜，其能够有效地防止覆冰现象的产生，具有宽广的应用前景。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种防覆冰金属高压线的制备方法，其包括以下步骤：

[0007] a）配置包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液，加入阴离子表面活性剂；

[0008] b）将步骤a）中的混合溶液浸涂在清洗后的金属高压线上，然后干燥；

[0009] c）将步骤b）得到的干燥后的金属高压线在环己烷中浸泡，然后取出干燥，得到防覆冰金属高压线。

[0010] 在上述方法中，所述步骤a）中混合溶液中聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为5~60%，优选10~50wt%。

[0011] 在上述方法中，所述聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为30:70~70:30，优选40:60~60:40。

[0012] 在上述方法中，所述阴离子表面活性剂为常用的阴离子表面活性剂，如可选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠。在一个具体的实施例中，所述阴离子表面活性剂为十二烷基磺酸钠。所述十二烷基磺酸钠的加入量占混合溶液总量的0.1~5wt%，优选0.5~5wt%。

[0013] 在上述方法的一个实施例中，所述步骤a）中混合溶液中的溶剂选自丙酮和二氯甲烷。

[0014] 在上述方法中，在步骤b）中，通过清洗金属高压线能够增强聚合物材料（聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯）与金属高压线的附着力；干燥使混合溶液中的溶剂挥发，聚合物材料成膜。

[0015] 在上述方法中，所述步骤c）中所述浸泡的温度为40~60℃，所述浸泡的时间为5~10min。通过浸泡，使环己烷将其中一种聚合物除去；然后取出干燥，使金属高压线的超疏水薄膜的残余环己烷挥发，得到防覆冰的金属高压线。

[0016] 根据本发明提供的方法，将两种不相容的聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯溶于一种溶剂形成混合溶液，然后浸涂在金属高压线上成膜，然后干燥，溶剂挥发后，两聚合物组分发生相分离，然后将成膜后的金属高压线在环己烷中浸泡，环己烷将其中的聚苯乙烯溶解掉，得到了具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线。

[0017] 通过扫描电镜观察本发明中的防覆冰金属高压线表面的超疏水薄膜的微观形貌，可以看到膜的微观结构为鸟窝状的多孔结构，由一个个球粘连在一起形成棒状且无规排列在一起。这些棒及球的直径从几十纳米到几微米不等，是一种微纳米复合微观结构。在微观粗糙结构的形成过程中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）分子中亲水及疏水基团在表面发生了重排。得到的呈鸟窝状多孔结构的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜表现出了超疏水的性质。通过视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角，薄膜与水的接触角超过150°（水滴大小为2μl），表现出良好的超疏水性（与水的接触角大于150°的表面称为超疏水表面）。因此能够有效地避免或减少冰在高压线上的附着，有利于冰的脱落，因此具有非常好的防覆冰效果。

[0018] 根据本发明提供的方法，通过加入阴离子表面活性剂能够增强超疏水薄膜与金属高压线的牢固程度以及提高超疏水薄膜的疏水性。这是因为阴离子表面在金属高压线表面的吸附为静电吸附，基本符合Langmuir方程，吸附时亲水基朝向金属表面，亲油基朝向外部。因此清洗金属高压线和加入阴离子表面活性剂增大了膜在金属高压线上的粘附力，同时增强了膜的超疏水性能。另外，阴离子表面活性剂的加入还能够缩短了步骤c）中的浸泡时间。

[0019] 根据本发明提供的方法，该方法工艺流程简单，工序少，制备时间短且成本低。通过本发明提供的方法制备的表面具有超疏水薄膜的金属高压线，其表面具有超疏水性，并且其超疏水性表现出很好的稳定性，因此具有良好的防覆冰效果。

[0020] 本发明中，用视频光学接触角测量仪在室温下测量膜的接触角。分别在5个不同位置测量，测量数据取平均值（水滴大小为2μl）。

[0021] 根据本发明的另一个方面，提供了一种执行上述方法的移动式设备，包括依次连接的清洗装置、浸涂装置、干燥装置、浸泡装置和干燥装置。

[0022] 在上述设备中，所述浸涂装置中包含聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液。所述浸涂装置中的混合溶液中，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的浓度为5~60%，优选10~
50wt%。聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的重量比为30:70~70:30，优选40:60~60:40。在一个具体的实例中，所述混合溶液中的溶剂选自丙酮和二氯甲烷。

[0023] 在上述设备中，所述浸涂装置中的混合溶液中包含阴离子表面活性剂。所述阴离子表面活性剂为常用的阴离子表面活性剂，如可以选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠。在一个具体实施例中，所述阴离子表面活性剂优选为十二烷基磺酸钠。所述十二烷基磺酸钠的加入量占混合溶液总量的0.1~5wt%，优选0.5~5wt%。

[0024] 在上述设备中，所述浸泡装置中的溶剂为环己烷，所述浸泡的温度为40~60℃，所述浸泡的时间为5~10min。

[0025] 在上述设备的一个具体实施例中，所述清洗装置为超声清洗装置。

[0026] 根据本发明提供的设备，首先利用清洗装置清洗金属高压线表面，然后经含有聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液的浸涂装置，接着对浸涂后的金属高压线进行干燥，使溶剂挥发；然后将具有聚合物膜的金属高压线在含环己烷的浸泡装置中浸泡，将其中一种聚合物溶解掉，最后经干燥装置，得到表面具有超疏水薄膜的金属高压线，该金属高压线具有防覆冰的性能。

[0027] 采用本发明提供的设备能够移动，便于对高压线的机械化操作，提高了本发明方法的应用性。

[0028] 根据本发明提供的方法和设备，工艺流程简单，工序少，制备时间短且成本低，能够快速、高效地使金属高压线覆盖一层具有超疏水性的薄膜。通过本发明提供的方法制备的表面具有超疏水薄膜的金属高压线，其表面具有超疏水性，并且其超疏水性表现出很好的稳定性，因此能够解决高压线覆冰、覆雪等问题，减少国家财产和人身安全损失。

附图说明

[0029] 图1为根据本发明一个实施例的防覆冰金属高压线表面的超疏水薄膜与水接触角照片；

[0030] 图2为根据本发明一个实施例的防覆冰金属高压线表面的超疏水薄膜的扫描电镜图；

[0031] 图3为图2中的扫描电镜图的局部放大图；

[0032] 图4为根据本发明的一个实施例的示意图。

具体实施方式

[0033] 从图1中可以看出，本发明提供的防覆冰金属高压线表面的薄膜呈现出超疏水性，与水的接触角大于150°，其难以被水沾湿，从而具有防覆冰或减少覆冰的效果。

[0034] 从图2中可以看出，防覆冰金属高压线表面的超疏水薄膜的结构是一种微纳米复合微观结构的微观结构，呈鸟窝状的多孔结构。从放大图图3中可以看出，超疏水薄膜的结构是由一个个球粘连在一起形成棒状且无规排列在一起。这些棒及球的直径从几十纳米到几微米不等。

[0035] 图4为根据本发明的一个实施例的示意图。首先利用清洗装置1清洗金属高压线6的表面，然后经含有聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合溶液的浸涂装置2，接着利用干燥装置3对浸涂后的金属高压线进行干燥，使溶剂挥发；然后将具有聚合物膜的金属高压线在含环己烷的浸泡装置4中浸泡，将其中一种聚合物溶解掉，最后经干燥装置5，得到表面具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线7。

[0036] 实施例1

[0037] 配制浓度为10%（重量）的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的溶液，PS与PMMA的配比为40/60（重量），溶剂为二氯甲烷。加入十二烷基磺酸钠0.5wt%（以聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的总重量计）。在制备超疏水薄膜前彻底清洗金属高压线、干燥。将配制好的聚合物溶液浸涂在金属高压线上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同金属高压线一起置于50℃的环己烷中浸泡7min，取出后在洁净空间自然晾干，得到表明具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线。

[0038] 所得薄膜与水的接触角为155~165度。三个月后再测其疏水性，依然不变。数据见表1。

[0039] 实施例2

[0040] 配制浓度为50%（重量）的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的溶液，PS与PMMA的配比为50/50（重量），溶剂为丙酮。加入十二烷基磺酸钠2wt%（以聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的总重量计）。在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗金属高压线。将配制好的聚合物溶液浸涂在金属高压线上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同金属高压线一起置于60℃的环己烷中浸泡8min，取出后在洁净空间自然晾干，得到表明具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线。

[0041] 所得薄膜与水的接触角为154~157度。三个月后再测其疏水性，依然不变。数据见表1。

[0042] 实施例3

[0043] 配制浓度为40%（重量）的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的溶液，PS与PMMA的配比为60/40（重量），溶剂为二氯甲烷。加入十二烷基磺酸钠5wt%（以聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的总重量计）。在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗金属高压线。将配制好的聚合物溶液浸涂在金属高压线上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同金属高压线一起置于40℃的环己烷中浸泡10min，取出后在洁净空间自然晾干，则得到表明具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线。

[0044] 所得薄膜与水的接触角为152~160度。三个月后再测其疏水性，依然不变。数据见表1。

[0045] 实施例4

[0046] 配制浓度为30%（重量）的聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的溶液，PS与PMMA的配比为55/45（重量），溶剂为丙酮。加入十二烷基磺酸钠1wt%（以聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的总重量计）。在制备超疏水薄膜前用洗涤剂进行彻底清洗金属高压线。将配制好的聚合物溶液浸涂在金属高压线上成膜。待膜中的溶剂充分挥发后，连同金属高压线一起置于60℃的环己烷中浸泡5min，取出后在洁净空间自然晾干，则得到表明具有超疏水薄膜的防覆冰金属高压线。

[0047] 所得薄膜与水的接触角为157~165度。三个月后再测其疏水性，依然不变。数据见表1。

[0048] 表1

[0049]

[0050] 从表1中可以看出，根据本发明中提供的方法，能够快速、高效地制备防覆冰的金属高压线，所制得的防覆冰金属高压线的表面具有超疏水薄膜，疏水性高，能够有效地防止和减少覆冰等现象的发生。

[0051] 应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。