【摘 要】
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超疏水涂层具有优异的自清洁特性,在提升输变电设备表面电气性能方面具有潜在的应用前景。然而,超疏水表面微结构分布随机且易受磨损、水滴电致运动临界条件研究不足等问题限制了超疏水涂层的推广和应用。本文基于毛细诱导微结构成型效应,提出了一种硬质耐磨碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的制备方法,通过非线性电导和陷阱分布特性来改善涂层表面电场畸变,并结合超疏水性以及水滴电致运动特性来提升涂层的沿面闪络及耐电蚀性能。论
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超疏水涂层具有优异的自清洁特性,在提升输变电设备表面电气性能方面具有潜在的应用前景。然而,超疏水表面微结构分布随机且易受磨损、水滴电致运动临界条件研究不足等问题限制了超疏水涂层的推广和应用。本文基于毛细诱导微结构成型效应,提出了一种硬质耐磨碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的制备方法,通过非线性电导和陷阱分布特性来改善涂层表面电场畸变,并结合超疏水性以及水滴电致运动特性来提升涂层的沿面闪络及耐电蚀性能。论文的主要内容有:（1）基于毛细诱导微结构成型效应,提出一种硬质耐磨碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的制备方法。该方法以氟碳树脂作为成膜剂,通过填充经过低表面能修饰的碳化硅颗粒,利用第一组分溶剂挥发引起的毛细黏聚作用构筑起相互构连的复合粗糙结构;利用第二组分溶剂调控涂料表面张力,结合程序化升温,减弱涂料内部毛细流动,增强Marangoni对流,实现碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的均匀化制备;建立了超疏水涂层颗粒填充模型,推导出形成相互构连的复合粗糙结构所需的颗粒填充量阈值;对碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的表面微观结构、化学成分、疏水性能、导热性能以及耐磨损性能进行试验研究。研究表明,所制备的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面均匀,且具有优异的超疏水性、良好的导热性以及耐磨损性,碳化硅颗粒填充量阈值的计算结果与试验结果吻合。（2）研究了碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的非线性电导特性和表面粗糙结构对表面电荷消散规律与陷阱分布特征的影响。试验研究碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层电导率对电场强度的响应,采用等温表面电位衰减法表征碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面电荷消散规律,结合双陷阱能级模型表征涂层电荷陷阱分布特征;通过溶剂挥发调控涂层表面形貌,分析非线性电导特性和表面粗糙结构对碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面电荷消散与电荷陷阱分布的影响规律。研究表明,碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的电导率具有电场自适应性,能够有效抑制表面电荷积聚;碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层通过非线性电导特性以及表面粗糙结构共同作用,加速了表面电荷消散,优化了电荷陷阱分布。（3）研究了碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面水滴电致运动的临界条件。采用阴影成像技术观测碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面水滴电致运动,搭建帕尔贴温控平台研究碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面带电凝露特性;通过界面张力分析,计算得到水滴与超疏水涂层之间的粘附功;基于Furmidge方程,建立了水滴与超疏水涂层之间粘附力的计算方法,并结合有限元分析,求解荷电水滴的电场驱动力,进而推导出超疏水表面水滴电致运动的临界条件。研究表明,水滴电致运动的临界条件与水滴的体积、电导率、所处位置,以及涂层的电导率和润湿性等因素相关,水滴电致运动临界条件的计算结果能够和试验结果较好地吻合。（4）研究了碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络和耐电蚀性能及其提升机制。基于丝状载流子注入模型,研究非线性电导特性与电荷陷阱分布特征对碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面电场的影响,在此基础上,结合水滴电致运动现象,研究了碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络特性的提升机制;试验研究碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层的耐电蚀性能,并揭示超疏水性、高导热性以及非线性电导特性对涂层耐电蚀性能的提升作用。研究表明,非线性电导特性和陷阱分布特征能有效改善碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表面电场畸变,结合超疏水性及水滴电致运动特性,涂层的沿面闪络及耐电蚀性能得到显著提升。上述研究结果证明,碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层具备优异的憎水性与表面电气性能,涂层的非线性电导特性、电荷陷阱分布特征和水滴电致运动行为共同作用,能够有效提升涂层的沿面闪络和耐电蚀性能,展现出良好的应用潜力,对提升输变电设备运行性能具有重要的参考价值。
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