电力杆塔疏水涂料的性能及应用研究

　　梁永纯１，赵书彦２，钟万里１，刘福春２，林介东１，史洪微２，韩恩厚２
　　
　　（１．广东电网公司电力科学研究院，广东广州５１００８０；２．中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点试验室，辽宁沈阳１１００１６）
　　
　　摘要：以聚氨酯为成膜物质，将聚四氟乙烯（polytetrafluoroethene,PTFE）和聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）分别加入涂料中制得具有疏水功能的复合涂料，分别研究不同质量分数的ＰＴＦＥ和ＰＥＥＫ对涂层疏水性能的影响；结果表明当２种物质的质量分数越高，水接触角越大，疏水性能越好；而相同条件下，ＰＥＥＫ涂层的疏水性能比ＰＴＦＥ涂层好。同时，研究紫外老化试验对ＰＥＥＫ涂层性能的影响，结果表明经７００ｈ老化试验后涂层的疏水性能变化不明显，光泽保持率在９４％以上。实践证明该涂层具有良好的疏水功能及长效性。
　　
　　关键词：聚四氟乙烯；聚醚醚酮；疏水功能；水接触角
　　
　　中图分类号：ＴＱ６３０文献标志码：Ａ文章编号：１００７－２９０Ｘ（２０１２）０１－００２７－０３
　　
　　疏水涂料是指涂膜在光滑表面上的静态水接触角大于９０°的一种低表面能涂料［１］。关于疏水涂料，国内外众多学者正在研究［２－６］。用该种涂料制成的涂层如果具有良好的疏水性，则会大大提高其抗离子扩散性和渗透性［７］。将疏水性涂料涂于输电导线、电力杆塔、绝缘子等表面，可降低冰在涂层表面的附着力，虽不能完全防止冰的形成，但可使冻雨和雪等冻结到导线或绝缘子之前就在自然力，如风力或导线及绝缘子的摆动力等的作用下自然滑落，或使冰、雪在导线和绝缘子上的附着力明显降低，达到防止覆冰、减小线路因覆冰出现事故的目的。聚四氟乙烯（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｅｎｅ，ＰＴＦＥ）中氟元素的电负性最强，原子间作用力小，表面能很低，具有良好的疏水性能和润滑作用；而聚醚醚酮（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ，ＰＥＥＫ）具有良好的力学性能和较低的摩擦系数。本文在以聚氨酯树脂为成膜物质的涂料中分别加入ＰＴＦＥ和ＰＥＥＫ，得到具有疏水功能的复合涂料，并通过测试涂层的静态接触角，研究出一种耐候性良好且具有较好疏水性能的疏水涂料。
　　
　　１实验内容
　　
　　１．１主要原料及设备
　　
　　主要原料有丙烯酸树脂、颜料、溶剂、各种助剂（由德国ＢＹＫ公司生产）、ＰＴＦＥ粉末、ＰＥＥＫ粉末和固化剂。涂层基体为Ｑ２３５钢。制备和检测涂料性能的设备有：球磨机、刮板细度计、接触角测定仪、紫外耐候性测试机、光泽计和色差计。
　　
　　１．２涂料制备
　　
　　采用球磨机研磨的方法，按顺序将各种原料加入球磨罐中，加研磨珠。在一定的转速下，研磨至合适的细度，得到涂料。
　　
　　１．３涂层制备
　　
　　基体涂覆之前基材用丙酮除油，用４００号砂纸打磨以清除表面的锈、氧化皮等，再用丙酮除油，用无水乙醇擦洗，干燥，备用。
　　
　　采用空气喷涂方式制备涂层。喷涂时，将得到的疏水涂料配以合适的固化剂，加稀释剂调至适合的粘度。喷涂后，在室温下放置７天，使涂层固化，制得干膜，其厚度为（８５±５）μｍ。
　　
　　１．４涂层测试
　　
　　采用上海中晨公司生产的接触角测定仪进行接触角测试。将去离子水滴于涂层表面５ｓ后开始测试。每种涂层有３个平行试样，每个试样取５个点进行测量，共１５次读数，取算术平均值。
　　
　　采用紫外灯照射老化的方法进行耐候性老化试验。设定好环境温度和光照时间、雨淋时间、冷却温度和时间等各项参数，采用循环的方式，对涂层进行耐候性测试，并记录下一定的时间间隔测试的光泽和色差数据。
　　
　　２结果与分析
　　
　　２．１ＰＴＦＥ涂层和ＰＥＥＫ涂层的疏水性能
　　
　　为了研究涂层的疏水性能与固化温度的关系，测定ＰＴＦＥ质量分数不同时，固化温度分别为２５℃、５０℃、１２０℃和２００℃时涂层的水接触角。测量数据见表１。

　　表1PTFE涂层质量分数、水接触角与固化温度的关系

　　由表１可知，ＰＴＦＥ的质量分数相同时，固化温度越高，水接触角越大，疏水性能越好；而固化温度相同时，ＰＴＦＥ的质量分数越大，接触角越大，疏水性能越好。

　　 表２为ＰＥＥＫ涂层在不同固化温度条件的水接触角数据。由表２可知，ＰＥＥＫ的质量分数相同时，固化温度越高，水接触角越大，疏水性能越好；同一温度下，ＰＥＥＫ的质量分数越大，水接触角越大，疏水性能越好。

　　表2PEEK涂层质量分数、水接触角与固化温度的关系

　　比较表１和表２的数据，得出结论：在相同条件下，ＰＥＥＫ涂层的疏水性能比ＰＴＦＥ涂层好。
　　
　　２．２老化试验对涂层疏水性能的影响
　　
　　选用ＰＥＥＫ涂层测试紫外老化对涂层疏水性能的影响。图１为ＰＥＥＫ的质量分数为１０％和３０％时的涂层原始试样和老化试验７００ｈ后的表面形貌。从图１可看出，２种试样经老化７００ｈ后，其表面没有起泡、锈蚀、开裂和漆膜剥落等现象。表３为试样光泽和色差数据。

　　图1原始试样和700h老化试验后试样

　　表3试样老化前后光泽和色差

　　图２为ＰＥＥＫ的质量分数为１０％和３０％时的涂层原始试样和老化试验７００ｈ后的涂层的水接触角照片。从实验数据可看出，质量分数为１０％涂层试样经老化７００ｈ后，水接触角从原始的９４．２°下降到９０．２°，降低率为４．２５％，而质量分数为３０％涂层试样水接触角从１１９．６°下降到１１４．５°，降低率为４．２６％。

　　图2原始试样和700h老化试验后试样的水接触角

　　３结束语
　　
　　在涂料中分别加入ＰＴＦＥ和ＰＥＥＫ可提高聚氨酯涂层的疏水性能；测试静态水接触角的结果显示，涂层在常温固化后，其中ＰＥＥＫ的质量分数为３０％时的水接触角大于１１０°，涂层经紫外老化试验７００ｈ后，质量分数为１０％和３０％的ＰＥＥＫ涂层的水接触角降低均不到５％，涂层保光率大于９４％，说明ＰＥＥＫ涂层具有较强的应对紫外线的能力。研制成功的疏水涂料有望为电力杆塔、输电导线、绝缘子等电力设施提供防冰保护。