本发明涉及电网制造领域，具体涉及一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法，主要应用于电力系统绝缘子。
背景技术：
目前，电力系统除使用传统的瓷和玻璃绝缘子，相对新型的、由有机材料制成的硅橡胶类外绝缘产品(包括合成绝缘子、rtv涂料及增爬裙)也在一定程度上被接受，且正在发挥瓷及玻璃绝缘子无法替代的防污闪作用。合成绝缘子作为正式性产品，一般认为使用寿命为20～30年，与线路及变电站的设计寿命(30年)相当；而瓷、玻璃绝缘子表面涂覆rtv、prtv涂料由于材料性能、施工工艺等诸多原因，到目前为止仍仅作为补救性或临时性措施使用，其使用寿命年限始终有待考证。
同时，在变电设备上，大多数仍然采用传统的瓷绝缘配置，将繁重的调爬和清扫工作留给运行单位，甚至一些新站址已到了难以选取的地步。近年“按饱和盐密配置外绝缘”技术政策的实施，完全依靠大爬距瓷绝缘来达到变电设备所需配置将更为困难，同时瓷绝缘涂覆prtv等在大多数情况下只能利用短暂的停电检修时间进行施工，受现场施工条件影响，存在部分质量问题。
目前玻璃绝缘子主要存在以下两个问题：(一)防污性能差；(二)现有防污产品受施工工艺影响，寿命有限，污染有毒。
技术实现要素：
本发明主要解决现有涂覆在瓷或玻璃绝缘子的防污产品防污性能差、寿命短、污染环境的问题。该发明提供了一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法，通过提拉浸渍、涂刷等简便易行的制备方法镀膜至瓷或玻璃绝缘表面，以提高绝缘子憎水防污性能及替代现有的防污产品，更具有实用性。
本发明第一方面提供了一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，组分包括：纳米二氧化硅外部包裹六甲基二硅胺烷形成的纳米颗粒，二氧化硅颗粒质量百分比为50～80％，胺烷质量百分比为10～40％，粘接剂和固化剂质量百分比共计10～40％。
本发明第二方面提供了上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，步骤包括：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：在乙醇中加入氨水并升温至58～62℃，然后加入正硅酸乙酯，搅拌1-2h后冷却，陈化22-26h，再加入六甲基二硅胺烷，搅拌3～5h，离心收集沉淀，干燥即得疏水性sio2纳米颗粒；
s2、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将疏水性sio2纳米颗粒分散至溶剂中，超声1-20min，加入粘接剂，超声1-20min，加入固化剂后摇匀，20～40s后涂布至衬底上即得超疏水绝缘薄膜材料。
本发明的有益效果是：
现有的rtv或prtv类产品平均使用寿命3－5年(有机材料)，对环境污染严重，疏水性较差(接触角仅110度)。本发明提供的材料在瓷或玻璃衬底上形成多孔“有机/无机”超疏水薄膜，产品与水的接触角可达150o，其疏水性能远远高于现有rtv或prtv类产品，且具有喷涂施工工艺简单、制备途径环境友好、产品无毒等特点。
附图说明
图1为实施例1所得样品8的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明第一方面提供了一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，组分包括：纳米二氧化硅外部包裹六甲基二硅胺烷形成的纳米颗粒，二氧化硅颗粒质量百分比为50～80％，胺烷质量百分比为10～40％，粘接剂和固化剂质量百分比共计10～40％。
纳米级的六甲基二硅胺烷包裹纳米二氧化硅，经粘接剂形成多孔“有机/无机”超疏水薄膜，具有多级多层分布结构，疏水性能优良，接触角可达150°，相比于现有的rtv或prtv类产品(接触角仅110°)疏水效果有明显的提高。
优选的，所述粘接剂为羟基丙烯酸树脂，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯。
优选的，所述纳米颗粒粒径为200～800nm。
本发明第二方面提供了上述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，步骤包括：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：向乙醇中加入氨水并升温至58～62℃，再加入正硅酸乙酯，搅拌1-2h后冷却，陈化22-26h，即获得sio2纳米分散液；加入六甲基二硅胺烷，搅拌3～5h，得到疏水性sio2分散液；高速离心收集沉淀，干燥即得疏水性sio2纳米颗粒；
s2、超疏水绝缘薄膜材料的制备：将疏水性sio2纳米颗粒分散至溶剂(乙酸乙酯或乙酸丁酯)中，超声1-20min，加入粘接剂，超声1-20min，加入固化剂后摇匀，20～40s后涂布至衬底上即得超疏水绝缘薄膜材料。
所述的疏水性sio2纳米颗粒具有独特的多孔结构，纳米二氧化硅外部包裹胺烷形成的纳米颗粒，采用该颗粒制备的薄膜具有多孔结构和超疏水性能。
优选的，所述粘接剂为羟基丙烯酸树脂，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯，所述溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯。
更加优选的，以体积比计，乙醇体积份数为50～150，氨水体积份数为4～12，正硅酸乙酯体积份数为9～27，六甲基二硅胺烷体积份数为1～20。
更加优选的，步骤s2中，每0.1～0.5g疏水性sio2纳米颗粒分散至100ml溶剂中。
更加优选的，步骤s2中，羟基丙烯酸树脂添加量为每100ml溶剂中加0.1～1g，六亚甲基二异氰酸酯添加量为100ml溶剂中加0.015～0.1ml。
在本发明的一个实施例中，通过调整疏水性sio2纳米颗粒、羟基丙烯酸树脂、六亚甲基二异氰酸酯的比例来考察了最终形成的薄膜材料的疏水效果。
更加优选的，步骤s2中，所述涂布至衬底上即得超疏水绝缘薄膜材料的成膜温度为20～300℃。可选择通过磁控溅射或气象沉积或提拉浸渍等方法镀膜至瓷或玻璃绝缘表面，以提高绝缘子防污性能及替代现有的防污产品，更具有实用性。
下面将结合具体实施例对本发明提供的一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料及其制备方法予以进一步说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。
实施例一
本实施例提供了十组不同配比的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，分别依次编号为样品1～10，所有样品均按下述制备方法得到，区别在于疏水性sio2纳米颗粒、羟基丙烯酸树脂、六亚甲基二异氰酸酯的比例不同。所述多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方包括如下步骤：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：
(1)在100ml的乙醇中加入浓氨水(8ml)，并升温至60℃。
(2)加入正硅酸乙酯(teos)24ml。
(3)继续搅拌1.5h，冷却至室温，陈化24h，即获得sio2纳米分散液。
(4)加入六甲基二硅胺烷10ml，搅拌4h，得到疏水性sio2分散液。
(5)将上述产物高速离心，收集沉淀干燥即得到疏水性sio2纳米颗粒。
s2、疏水涂料的制备超疏水涂层的制备(均在室温下进行)：
(1)将一定量的疏水性sio2纳米颗粒分散到100ml乙酸乙酯中，疏水性sio2纳米颗粒的量在0.1～0.5均可，样品1～10的疏水性sio2纳米颗粒用量不同，具体用量如表1所示。
(2)超声10分钟。
(3)加入羟基丙烯酸树脂作为粘接剂，0.1g到1g均可，样品1～10的羟基丙烯酸树脂用量不同，具体用量如表1所示。
(4)继续超声10分钟。
(5)加入质量浓度为10％的六亚甲基二异氰酸酯作为固化剂，添加量在0.015ml到0.1ml均可，样品1～10的六亚甲基二异氰酸酯用量不同，具体用量如表1所示，然后摇匀，半分钟后即可涂布到衬底上，在室温15～25℃下成膜，得到所需超疏水涂层。
对样品1～10进行接触角测试，具体结果如表1所示。
表1不同配比所得样品1～10的接触角及擦拭效果
实施例二
本实施例提供了不同温度处理得到的多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，并对其进行了擦拭前后接触角测试。
具体的，选用实施例中样品7及样品8的组份配比按如下制备方法制备多孔结构超疏水绝缘薄膜材料，具体步骤包括：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：
(1)在100ml的乙醇中加入浓氨水(8ml)，并升温至60℃。
(2)加入正硅酸乙酯(teos)24ml。
(3)继续搅拌1.5h，冷却至室温，陈化24h，即获得sio2纳米分散液。
(4)加入六甲基二硅胺烷10ml，搅拌4h，得到疏水性sio2分散液。
(5)将上述产物高速离心，收集沉淀干燥即得到疏水性sio2纳米颗粒。
s2、疏水涂料的制备超疏水涂层的制备均在室温下进行。
(1)将一定量的疏水性sio2纳米颗粒分散到100ml乙酸乙酯中，疏水性sio2纳米颗粒的量在0.1～0.5均可，样品7、8的疏水性sio2纳米颗粒用量不同，具体用量与实施例一中样品7、8相同。
(2)超声10分钟。
(3)加入羟基丙烯酸树脂作为粘接剂，0.1g到1g均可，样品7、8的羟基丙烯酸树脂用量不同，具体用量与实施例一中样品7、8相同。
(4)继续超声10分钟。
(5)加入质量浓度为10％的六亚甲基二异氰酸酯作为固化剂，添加量在0.015ml到0.1ml均可，样品7、8的六亚甲基二异氰酸酯用量不同，具体用量与实施例一中样品7、8相同，然后摇匀，半分钟后即可涂布到衬底上，分别在室温15～25℃下、100℃下、200℃下、300℃下成膜，得到所需超疏水涂层。接触角测试及摩擦效果测试结果如表2所示。
表2、不同温度下的成膜特性
实施例三
本实施例采用乙酸丁酯为溶剂进行了多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备，具体制备方法与实施例一基本一致，区别在于溶剂为乙酸丁酯，不同溶剂下的接触角测试及擦拭效果结果如表3所示。
表3改变溶剂下的成膜特性
实施例四
本实施例提供了一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，步骤包括：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：
(1)在150ml的乙醇中加入浓氨水(12ml)，并升温至62℃。
(2)加入正硅酸乙酯(teos)10ml。
(3)继续搅拌2h，冷却至室温，陈化22h，即获得sio2纳米分散液。
(4)加入六甲基二硅胺烷20ml，搅拌5h，得到疏水性sio2分散液。
(5)将上述产物高速离心，收集沉淀干燥即得到疏水性sio2纳米颗粒。
s2、疏水涂料的制备超疏水涂层的制备均在室温下进行。
(1)将1g的疏水性sio2纳米颗粒分散到100ml乙酸乙酯中。
(2)超声15分钟。
(3)加入0.3g羟基丙烯酸树脂作为粘接剂。
(4)继续超声15分钟。
(5)加入质量浓度为10％的六亚甲基二异氰酸酯作为固化剂，添加量为0.015ml，然后摇匀，半分钟后即可涂布到衬底上，在室温15～25℃下成膜，得到所需超疏水涂层，所得薄膜材料的成膜特性与实施例一基本一致。
实施例五
本实施例提供了一种多孔结构超疏水绝缘薄膜材料的制备方法，步骤包括：
s1、疏水性sio2纳米颗粒的制备：
(1)在50ml的乙醇中加入浓氨水(4ml)，并升温至62℃。
(2)加入正硅酸乙酯(teos)15ml。
(3)继续搅拌2h，冷却至室温，陈化26h，即获得sio2纳米分散液。
(4)加入六甲基二硅胺烷5ml，搅拌3h，得到疏水性sio2分散液。
(5)将上述产物高速离心，收集沉淀干燥即得到疏水性sio2纳米颗粒。
s2、疏水涂料的制备超疏水涂层的制备均在室温下进行。
(1)将1g的疏水性sio2纳米颗粒分散到100ml乙酸乙酯中。
(2)超声15分钟。
(3)加入0.3g羟基丙烯酸树脂作为粘接剂。
(4)继续超声15分钟。
(5)加入质量浓度为10％的六亚甲基二异氰酸酯作为固化剂，添加量为0.015ml，然后摇匀，半分钟后即可涂布到衬底上，在室温15～25℃下成膜，得到所需超疏水涂层，所得薄膜材料的成膜特性与实施例一基本一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。