防水合物涂层的制备与性能研究

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本文基于水合物堵塞机理,通过制备防水合物涂层来解决水合物堵塞问题。利用扫描电镜(SEM)测试、接触角测量和附着力测试来对涂层进行表征。使用显微操控技术探究水合物与涂层之间的粘附力,从微观的角度探讨涂层对水合物颗粒粘附力的影响。此外,利用夹套反应器考察了水合物在涂层上的成核温度、指定温度下的成核时间以及水合物在涂层上的生长实验。以聚四氟乙烯(PTFE)为低表面能材料,疏水气相SiO2构造涂层粗糙度,加入聚苯硫醚(PPS)为复合材料,无水乙醇作为共溶剂,用浸涂工艺制备防水合物涂层。本研究制作了两组涂层(A组和B组):A组原料为PTFE和SiO2;B组原料为PTFE、PPS和SiO2。表征结果表明:A组涂层均具有疏水性,且附着力较好。SiO2含量为0.8g时,涂层表面相对粗糙,接触角达到最大134.3°,此时涂层附着力为1级,含量小于0.8g时,涂层表面比较平滑,接触角最小为113.9°,涂层附着力都为0级;B组涂层具有较好的疏水性,接触角均大于146°,PTFE含量对接触角没有明显的影响。涂层表面均具有凹凸结构,当PTFE含量在5g和10g时,涂层表面会出现裂痕,涂层遭到破坏,此时涂层附着力只有5级,当PTFE含量大于10g时,涂层稳定性较好,附着力等级均达到2级。涂层可以减小水合物颗粒与基底之间的粘附力。水合物颗粒与A组涂层粘附力是无涂层X65基底粘附力的23.8%-68.6%,随着SiO2含量的增大,涂层粘附力也随着增大;B组涂层粘附力测试均为0N/m,PTFE含量对粘附力没有明显影响。X65基底上水合物的成核温度为-11.2℃。与X65基底相比,A组和B组涂层成核温度降低范围分别为45.5%-66.1%和79.5%-83.9%;-10℃下,成核延长时间范围分别为32.5%-74.5%和96.2%-188.1%。A组涂层SiO2含量为0.8g和B组涂层PTFE含量为15g时,在-10℃和-15℃下,两组实验降低成核温度和延长成核时间都达到最佳效果,并且在-6℃的水合物生长实验中,水合物生长速率最慢,且完成生长时间最长。由实验结果可知,A组和B组涂层中,防水合物性能最佳的涂层配方分别为:10gPTFE、0.8gSiO2和15gPTFE、10gPPS、0.5gSiO2;且B组涂层性能比A组涂层要好。
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