石梁，杨郁芊，范开元，赵凌霄
1.保能（北京）机电设备安装工程有限公司
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摘要：本文通过对聚氨酯防冰涂料制备的研究，讨论了其微观润湿结构、疏水性能、润滑性能、力学性能及可再生性能等，所得聚氨酯防冰涂料具有一定的防冰效果，可作为架空线除冰的研究方向之一。
引 言
当架空输配电线路遭遇的冰雪过多时，线路导线和避雷线上会出现严重敷冰，而这一情况有可能引发多种配电线路的敷冰故障，从而导致供电事故。
在我国，架空输配电线路敷冰故障比较常见。影响范围较大的一次事故是2008年的南方雪灾，造成大面积停电。
因此，了解架空输配电线路敷冰故障的危害，并寻求解决办法，是保证居民安全用电的重要课题。
1、实 验
1.1原料及设备
● MDI-50（二苯基甲烷二异氰酸酯）：烟台万华公司；
● PPG-1000（环氧丙烷聚醚多元醇）：山东东大；
● PTMEG-1000（四氢呋喃聚醚多元醇）：巴斯夫化学；
● 蓖麻油、MOCA（3,3–二氯–4,4–二氨基二苯基甲烷）：百灵威科技有限公司；
● T12（二月桂酸二丁基锡）：山东登诺新材料科技有限公司；
● 液体石蜡、甲苯（化学纯）：拓迪化工有限公 司；
● 电子天平：BSA5201，南京昕仪生物科技有限公司；
● 光学显微镜：UMT203i，北京金博林科技有限公司。
1.2制备方法
① 按配方称取PTMEG-1000于三口烧瓶中，在100~110℃真空脱水2h。脱水完成后，待温度降至约50℃，加入定量MDI-50，在（80±5）℃下搅拌反应3h，得到预聚物A组分。
② 将PPG-1000、液体石蜡及MOCA在100~ 110℃下真空脱水2h，降温至30℃以下，加入T12及甲苯得到B组分。
③ 将A、B组分以质量比1:1混合，用毛刷涂在10cm×10cm光滑铝板上，常温固化48h，待溶剂挥发后，在80℃烘箱中后固化2h。
2、结果与讨论
2.1石蜡润滑层存在性表征
采用溶剂法将液体石蜡在预聚物合成后，与扩链剂和溶剂一起加入反应体系，石蜡不参与反应。
待溶剂挥发、固化后，聚氨酯表面可析出一层石蜡润滑层。为验证聚氨酯表面有无石蜡的析出，采用光学显微镜对石蜡表面进行观察，结果如图1所示。
从图1可看出，直径为4~5μm的石蜡液滴均匀地分布在样品表面，覆盖面积约为整个观察表面积的80%。结果表明，涂层表面有石蜡液滴迁出，形成石蜡润滑层。
2.2石蜡润滑聚氨酯涂层的疏水性能
图2为石蜡润滑层的存在对聚氨酯表面疏水性的影响。
由于石蜡本身具有疏水性，因此聚氨酯表面石蜡层的存在会增加聚氨酯表面的疏水性。
如图2所示，引入石蜡润滑层后，接触角由原来的78°增加到97°，而接触角滞后由原来的37.5°降到33.5°，这与预想的结果相吻合。
2.3石蜡润滑聚氨酯涂层的润滑性能
为考察石蜡润滑层的引入对聚氨酯表面润滑性能的影响，将染成蓝色的10μL水滴放置在倾角为40°的聚氨酯表面以及带有石蜡润滑层的聚氨酯表面的最上端，拍摄观察水滴的滑落情况，结果如图3、4所示。
从图3可看出，在聚氨酯涂层表面，水滴从接触到倾斜表面开始一直黏附在表面的顶端，随时间的延长并没有往下发生位移。
这说明聚氨酯涂层表面润滑性较差，对液体有黏滞作用。而在聚氨酯基石蜡润滑层表面（图4），当水滴接触到表面时开始往下滑动，58s后已滑落到倾斜表面的底端，该表面展现出优异的润滑性能。
这充分证明了石蜡润滑层的引入极大增加了聚氨酯表面的润滑特性。
2.4石蜡润滑聚氨酯涂层防冰性能
为测试带有石蜡润滑层聚氨酯材料的防冰性能，在–15℃的环境下对聚氨酯涂层以及石蜡润滑聚氨酯涂层进行冰黏附强度测试，结果见图5。
聚氨酯基体的冰黏附强度为223kPa，当引入液体石蜡润滑层后，冰黏附强度迅速减小，为43kPa。
由于液体石蜡润滑层的存在，较大程度隔绝了冰层与表面的黏附，冰黏附强度大大降低，可一定程度减少冰层附着。
2.5石蜡润滑聚氨酯涂层的力学性能
对比测试了聚氨酯材料以及聚二甲基硅氧烷（PDMS）的力学性能结果见表1。
PDMS的拉伸强度仅为4.22MPa，力学性能差，实际应用中有很大的局限性。
而聚氨酯的拉伸强度为16.41MPa，约为PDMS的4倍，展现出优异的力学性能。结果表明，本实验制备的石蜡润滑聚氨酯涂层，相比于PDMS，有较大的应用价值。
2.6石蜡润滑聚氨酯涂层的可再生性能
润滑层的可再生性对液体润滑层材料来说十分重要，直接影响润滑层的耐久性能。
为测试石蜡润滑层的可再生性，用滤纸将聚氨酯表面的石蜡擦除后，每隔24h在显微镜下观察，结果如图6所示。
聚氨酯涂层表面的石蜡被擦除后，表面呈现光滑均一状态，在第7天后随聚氨酯内部石蜡的迁出，表面又重新出现5~20μm的石蜡液滴，覆盖面积约80%，这充分说明了石蜡润滑层的可再生性。
擦除润滑层后，打破了涂层原本的动力学平衡，因此，储存在基体内部的液体石蜡便会被析出表面，重新实现动力学平衡。
3、结 论
① 采用液体石蜡作润滑介质MDI-50和PTMEG-1000为主要原料成功制备出石蜡润滑聚氨酯防冰涂层。
② 制备出的石蜡润滑聚氨酯涂层具备低冰黏附强度的特性，冰黏附强度仅为43kPa，具有一定的防冰性，可作为架空线路防冰材料开展研究工作。
③ 与PDMS基体相比，本实验制备的聚氨酯基体拉伸强度为16.41MPa，约为PDMS的4倍，展现了优异的力学性能，有较大的应用价值。
来源：化学推进剂与高分子材料 2021年第19卷第1期
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