专利名称：基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法
技术领域：
本发明属于材料性能测试领域，特别涉及一种基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法。
背景技术：
复合绝缘子的绝缘材料，即伞裙或护套由具有憎水性和憎水迁移特性的硅橡胶组成，所以在污湿情况下其表面的绝缘电阻仍然较高，对应复合绝缘子的污闪电压较高，它能帮助电力系统抑制污闪的发生。表面憎水性是复合绝缘子的关键特性，复合绝缘子伞裙或护套的憎水性对其耐污闪能力有重要影响。目前，多采用静态接触角方法对硅橡胶及其他绝缘材料的憎水性进行表征，该方法在材料表面比较平滑、单一、均勻的情况下能很好表征材料的憎水性。但浸泡、电晕和染污后硅橡胶表面不平整、存在其他溶质，此时滴水后系统状态将是从亚稳平衡状态自发跃迁的过程，此时接触角存在滞后的现象，测量所得前进角与后退角往往有一定差别，在某些情况下甚至很大。测量的静态接触角测量值处于二者之间，开始接近较大的前进角然后随时间增加逐渐减少趋向于后退角，是一个变化量，容易受滴水方式、测量延迟时间等因素的影响，将影响测量结果的稳定性和可靠性，同时也给测试者提出了较高要求。硅橡胶试样的浸泡实验中发现材料表面憎水性较差时，将材料浸入溶液中材料很容易大面积被溶液浸润，但此时表面某些点的静态接触角也能达到90°左右甚至以上，湿润环境时该硅橡胶表面容易形成成片连续水膜、表面电阻低从而导致污闪电压严重降低，但仅仅根据静态接触角并不能很好反映这一特性，因此，此时其对材料表面憎水性表征的有效性尚待进一步研
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案
一种基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于具体步骤如下
(一)测量前进角ΘΑ:
(1)用接触角测量仪对复合绝缘子伞裙或护套上的水珠进行拍照，在拍照过程中，每拍照一张水珠图像后，用微量进样器向所述水珠注入去离子水水滴，注入去离子水水滴后再拍下一张水珠图像；拍照时所述接触角测量仪的相机镜头平面垂直于所述伞裙或护套的平面；
(2)确定所述水珠与伞裙或护套平面接触面积增大的前一张水珠图像；根据此张水珠图像由接触角测量仪计算接触角，该接触角即为前进角ΘΑ ；
(二)测量后退角θκ:
(1)用接触角测量仪对复合绝缘子伞裙或护套上的水珠进行拍照，在拍照过程中，每拍照一张水珠图像后，用微量进样器从所述水珠中抽取水滴，抽取水滴后再拍一张水珠图像； 拍照时所述接触角测量仪的相机镜头平面垂直于所述伞裙或护套的平面；
(2)确定所述水珠与伞裙或护套平面接触面积减少的前一张水珠图像，根据此张水珠图像由接触角测量仪计算接触角，该接触面即为后退角θ Ε ； 所述前进角9,和后退角θ R合称为初态接触角。在本发明中，向水珠中注入去离子水水滴的注水速度为0. 1— 5μ L/s ；每次的注水量为 0. 02-1 μ L/s。在本发明中，从水珠中抽水滴的抽水速度为0. 1— 5 μ L/s ；每次的抽水量为 0.02-1 μ L/s。下面分析一下为什么要用动态接触角方法来表征材料的憎水性
通常接触角定义为通过气、液、固三相的接触点，向气一液界面做切线，该切线与液一固界面的夹角即为接触角。接触角反映了材料表面的界面张力，而界面张力的大小将直接决定材料表面憎水性。对于气、液、固三相界面张力满足^ung方程
γφ costf = r -7h(ο
式中的rgl、rgs和rls分别为气液相、气固相和液固相的界面张力，θ即为接触角。以上所得θ为静态接触角，或者称为^img接触角，它是材料表面洁净、光滑情况下的接触角，当材料表面粗糙或有其他物质存在时式(1)并不严格成立。此时材料表面对其上面液滴的反应为考虑到一定体积的液滴在粗糙材料的表面，如果用微量进样器增加少量液滴则随着液滴的增加液滴底面积保持不变而接触角逐步增加，直到液滴体积增加超过临界值后液滴的底面积变大，接触角有所减少，这一过程中得到的最大接触角即为前进角θ k ；如果用微量进样器抽取少量液滴则随着液滴的减少液滴底面积也保持不变而接触角逐步减少，直到液滴体积减少超过临界值则液滴的底面积减少，接触角增大，这一过程中得到的最小接触角即为后退角，其示意图如附图1所示。其中得到的前进角〃Α和后退角^合称为动态接触角。显然它们之间满足θ A θ < θ κο对于前进角〃Α不等于后退角^的情况属于接触角的滞后现象，造成这个现象的主要原因有1)表面粗糙；2)表面染污；3)溶质在固体表面上的沉淀。实际上对于没有特别准备过的表面〃^~可达10°以上，有些材料甚至可能会达到150°以上。硅橡胶在电晕时由于局部放电存在如下几种效应(1)产生活性气体对介质的氧化和腐蚀；(2)带电粒子撞击引起温度上升，加速介质氧化并导致局部电导和介质损耗增加；(3)带电粒子撞击切断分子结构导致介质破坏；(4)产生紫外线或X射线等辐射，引起材料分解；这些效应使表面变得粗糙，同时生成新的亲水性物质吸附于表面，而且在湿润情况下放电产生硝酸将会腐蚀表面这也会导致表面的粗糙。在浸泡条件下水、酸、碱容易与硅橡胶发生反应使表面粗糙或生成可溶性成分吸附于表面。染污时表面被溶质所覆盖同样也会导致粗糙不平和溶质沉积的情况。因此这三种情况都满足存在接触角滞后现象的相关条件，所以随着浸泡、电晕等的进行，前进角与后退角的差别变大，静态接触角测试的随机性增加。研究表明初始的静态接触角更接近于前进角，它会随着拍照延迟时间、液滴附着到硅橡胶表面的方式等因素的影响。因此，初始静态接触角偏大，由于人为因素的影响，对于同一的材料多次测量结果可能会有较大差别，甚至同一点多次测量结果也会不同，因此仅仅根据静态接触角未必能很好表征浸泡、染污、电晕样本的憎水性，所以本发明采用动态接触角法。本发明的有益效果如下
(1)计算准确性高
能在一定程度上抑制材料表面的粗糙、溶质在表面沉淀的情况影响，尤其是后退角能较好反映材料表面的憎水性；
(2)计算稳定性高
由于抑制了滞后现象对接触角测量的影响，因此多次测量结果之间的波动更小，计算稳定性更高。
图1为静态接触角、前进角和后退角的示意图加和2b分别为浸泡和染污的硅橡胶样本的5个测点静态接触角随时间变化曲线
图3a和北分别为浸泡和染污的硅橡胶样本表面浸润情况图。
具体实施例方式按上述发明内容部分中的技术方案的操作即可。下面是对两个测试对象的测量结果分析
一、对测试对象为浸泡后的硅橡胶试样憎水性的测量结果分析 该样本在质量分数为0. 05%的CaSO4溶液中浸泡多日，将样本取出后放入去离子水中将表面的残液清洗，然后甩掉表面的液体后放置10分钟左右至表面干燥。浸泡样本5个测点的静态接触角及其随时间的变化情况如附图加所示。静态接触角随着不同次测量结果差别较大，选择0 s作为比较时刻，试样5个不同点的静态接触角差别最大达到了 12° ；这直接导致了基于静态接触角的憎水性判断时同一样本中某些点处于憎水性状态而某些点处于亲水性状态，给憎水性判断造成了较大困难。这主要是由于测量时操作者的手法和习惯导致静态接触角测量存在一定的随机性，而接触角测量的滞后性则增加了结果的分散性。此外，静态接触角随时间增加普遍下降，严重影响了实验结果的稳定性和可靠性。 由于静态接触角随时间延迟而不断减少，不同延迟时刻得到关于材料表面憎水性的判断可能截然相反，浸泡样本在0 S处2个测试点静态接触角小于90°为亲水性，到60 S后有4 个小于90°为亲水性，这给材料表面憎水性的判断造成了较大困难。接触角时间依赖性主要是由于水滴与聚合物接触后其表面发生重构引起，起始接触角与最终平衡状态的接触角则分别与聚合物表面疏水性组分和亲水性组分相关。不同样本动态接触角如表1所示。表1浸泡样本动态接触角统计值I。
权利要求
1.一种基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于具体步骤如下(一)测量前进角ΘΑ:(1)用接触角测量仪对复合绝缘子伞裙或护套上的水珠进行拍照，在拍照过程中，每拍照一张水珠图像后，用微量进样器向所述水珠注入去离子水水滴，注入去离子水水滴后再拍下一张水珠图像；拍照时所述接触角测量仪的相机镜头平面垂直于所述伞裙或护套的平面；(2)确定所述水珠与伞裙或护套平面接触面积增大的前一张水珠图像；根据此张水珠图像由接触角测量仪计算接触角，该接触角即为前进角ΘΑ ；(二)测量后退角θκ:(1)用接触角测量仪对复合绝缘子伞裙或护套上的水珠进行拍照，在拍照过程中，每拍照一张水珠图像后，用微量进样器从所述水珠中抽取水滴，抽取水滴后再拍一张水珠图像； 拍照时所述接触角测量仪的相机镜头平面垂直于所述伞裙或护套的平面；(2)确定所述水珠与伞裙或护套平面接触面积减少的前一张水珠图像，根据此张水珠图像由接触角测量仪计算接触角，该接触面即为后退角θ Ε ；所述前进角94和后退角θ κ合称为初态接触角。
2.根据权利要求1所述的基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于向所述水珠中注入去离子水水滴的注水速度为0. 1—5 μ L/s ；每次的注水量为0. 02-1 μ L/So
3.根据权利要求2所述的基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法，其特征在于从所述水珠中抽水滴的抽水速度为0. 1—5 μ L/s ；每次的抽水量为0. 02-1 μ L/s。
全文摘要
本发明涉及一种基于动态接触角的复合绝缘子憎水性检测方法，本方法的技术要点是使用数码相机或镜头、工业相机结合图像采集卡在垂直于伞裙或护套所在平面拍照接触角测量仪获得水珠图像，通过注入去离子水不断拍摄获得一系列水珠图像，由测量仪计算得出前进角θA；然后通过抽取水滴不断拍摄获得一系列水珠图像，由测量仪计算得出前进角θR。本发明的有益效果如下(1)计算准确性高能在一定程度上抑制材料表面的粗糙、溶质在表面沉淀的情况影响，尤其是后退角能较好反映材料表面的憎水性；(2)计算稳定性高由于抑制了滞后现象对接触角测量的影响，因此多次测量结果之间的波动更小，计算稳定性更高。
文档编号G01N13/00GK102494971SQ201110387150
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者何瑞东, 耿江海, 贾伯岩, 郑雄伟 申请人:河北省电力建设调整试验所