本发明属于导电涂料技术领域，具体涉及一种防电晕丙烯酸导电涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
变电站及输电线路导线常会产生电晕噪声，其产生电晕的主要原因是导线在运输、安装过程中受损；或者由于设计考虑不完善，导线线径较细。导线电晕噪声源分布广泛且位置较高，难以通过设置隔声屏障等措施进行治理，因此必须从噪声源头进行治理。治理电晕的根本方法是降低局部电场强度，常规方法为加装均压装置进行治理，对于导线较长且电晕放电点较多的情况而言，采用该种方式会增加大量的额外质量，并且安装方式复杂，因此不适于在导线电晕治理中应用。
热塑性丙烯酸树脂由丙烯酸、甲基丙烯酸及其衍生物(如酯类、腈类、酰胺类)聚合制成的一类热塑性树脂，具有较好的物理机械性能，耐候性、耐化学品性及耐水性优异，保光保色性高。而碳系导电丙烯酸涂料具有成本低、质轻、结构性高、导电性能良好、无毒无害以及与金属粘附能力强的特点，因此是目前用量较大的一种导电涂料。目前，传统的丙烯酸导电涂料存在韧性不足、自清洁能力弱等缺点，在导线上大面积使用时，遇到强风等恶劣天气，导线的舞动会导致涂层破裂，使导线表面状况恶化，电晕程度加剧，无法满足导线电晕治理的需求。
例如，中国专利公开号cn102952439a的发明专利公开了一种复合炭导电涂料及其制备方法，其实施例具体公开了复合材料原料组成：5.6g丙烯酸树脂、10g二甲苯、0.05g硅烷偶联剂kh550、0.2g碳纤维、0.8g乙炔炭黑、3.2g土状石墨、0.2g稀释剂(环己烯)、0.017g固化剂(tdi,甲苯二异氰酸酯)、0.01g增稠剂(羟丙基甲基纤维素)，混合均匀后得到导电涂料。该工艺制备出的丙烯酸导电涂料韧性不足，并且由热固性丙烯酸制备的导电涂层环保性较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防电晕丙烯酸导电涂料及其制备方法和应用，以解决上述存在的技术问题。本发明的涂料韧性较好，且具有较强的自清洁能力，可用于超特高压变电站导线、金具表面缺陷和导线线径较小导致的电晕放电的治理。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种防电晕丙烯酸导电涂料，以重量份计，包括：
丙烯酸树脂：10～50份；
碳纤维粉：20～60份；
偶联剂：1～10份；
碳纳米管：1～10份；
纳米二氧化钛：2～10份；
流平剂：1～10份。
进一步地，所述丙烯酸树脂为水性丙烯酸树脂、热塑性丙烯酸树脂或热固性丙烯酸树脂中的一种或多种。
进一步地，所述碳纤维粉目数为100～500目。
进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种或多种。
进一步地，所述碳纳米管管径为10nm～30nm；所述纳米二氧化钛平均粒径为20nm～40nm。
进一步地，所述流平剂为byk-306,byk-4511,byk-706或byk-333中的一种或多种。
一种防电晕丙烯酸导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，取原料：以重量份计，丙烯酸树脂：10～50份；碳纤维粉：20～60份；偶联剂：1～10份；碳纳米管：1～10份；二氧化钛：2～10份；流平剂：1～10份；
步骤2，将所取原料混合搅拌制备获得混合液；
步骤3，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
进一步地，步骤2具体包括：
步骤2.1，将有机溶剂和丙烯酸树脂混合均匀获得丙烯酸溶液；
步骤2.2，将碳纳米管放入溶剂中进行充分搅拌，经超声处理后获得碳纳米管分散液；
步骤2.3，将丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀，加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液；
其中，步骤2.1中，丙烯酸溶液固含量为20％～60％；步骤2.2中，碳纳米管溶液浓度为1～30wt％，充分搅拌温度为30～50℃，时间为12～24h，超声分散温度为40～60℃，时间为12～24h。
本发明的一种防电晕丙烯酸导电涂料的应用，在于超特高压变电站导线、金具表面缺陷和导线线径较小导致的电晕放电的治理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明以碳纤维粉和碳纳米管作为涂料的导电填料，其中碳纤维粉能够有效的形成三维导电网络，有效降低涂料的体积电阻，并且碳纳米管的加入能够进一步降低涂料的体积电阻，同时起到增韧的作用。选择使用二氧化钛作为憎水填料能够实现丙烯酸导电涂料良好的自清洁能力，抑制导线电晕的发生。本发明的防电晕丙烯酸导电涂料，其可以修补导线金具表面缺陷、填补股线缝隙，是一种便于现场施工的降电晕涂料。利用涂料的可塑性对导线表面缺陷进行修复，改变局部带电体曲率半径，可达到降低局部场强，抑制电晕发生的目的。利用涂料良好的流动性对导线股线缝隙进行填充，改变导线表面局部形貌，使导线表面形成光滑圆面，从而可在一定程度上起到等效扩径的作用，达到降低导线电晕的目的。
进一步地，碳纤维粉的目数，会影响混合过程中树脂体系的流动性能及碳纤维粉的分散效果，本发明中目数为100～500目。目数过小，碳纤维粉粒径较大，其流动阻力随之增大，目数过大，碳纤维粉粒径较小，其流动阻力减小，会影响碳纤维粉的分散性，进而影响到丙烯酸涂料的导电性能。
进一步地，本发明使用碳纳米管作为导电填料能够在极小填充量下，进一步提高丙烯酸涂料的导电性能，同时可保证涂层保持一定的韧性。
进一步地，本发明使用流平剂能够实现丙烯酸导电涂层表面光洁，同时起到增韧的作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，由以下组分组成：丙烯酸树脂：10～50份；碳纤维粉：20～60份；偶联剂：1～10份；碳纳米管：1～10份；二氧化钛：2～10份；流平剂：1～10份。
碳纤维粉和碳纳米管为丙烯酸涂料的导电填料。本发明的涂料中以碳纤维粉和碳纳米管作为涂料的导电填料，其中碳纤维粉能够有效的形成三维导电网络，有效降低涂料的体积电阻，并且碳纳米管的加入能够进一步降低涂料的体积电阻，同时起到增韧的作用。
本发明中的碳纤维粉，其目数为100～500目。碳纤维粉的目数，会影响混合过程中树脂体系的流动性能及碳纤维粉的分散效果，目数过小，碳纤维粉粒径较大，其流动阻力随之增大，目数过大，碳纤维粉粒径较小，其流动阻力减小，会影响碳纤维粉的分散性，进而影响到丙烯酸涂料的导电性能。
偶联剂为硅烷偶联剂kh550、kh560和kh570或钛酸酯偶联剂tm-102中的一种或多种。
碳纳米管中，碳纳米管管径为10～30nm。选择使用碳纳米管作为导电填料能够在极小填充量下，进一步提高丙烯酸涂料的导电性能，同时保证涂层保持一定的韧性。
纳米二氧化钛中，纳米二氧化钛粒径为20～40nm。选择使用二氧化钛作为憎水填料能够实现丙烯酸导电涂料良好的自清洁能力，抑制导线电晕的发生。
流平剂为byk-306,byk-4511,byk-706或byk-333中的一种或多种。选择使用流平剂能够实现丙烯酸导电涂料表面光洁，同时起到增韧的作用。
本发明的一种超特高压变电站导线用防电晕丙烯酸导电涂料的制备方法，包括以下步骤：
(a)使用有机溶剂溶解丙烯酸基体树脂制备丙烯酸溶液；(b)碳纳米管预分散；(c)按上述预设质量比称取上述步骤(a)和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
具体的，步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到丙烯酸溶液；丙烯酸溶液固含量为20％～60％。
(b)将碳纳米管放入溶剂中，经过充分搅拌后超声处理得到碳纳米管分散液，碳纳米管溶液浓度为1～30wt％，充分搅拌温度为30～50℃，时间为12～24h，超声分散温度为40～60℃，时间为12～24h。
(c)称取上述步骤(a)和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
综上，本发明以丙烯酸树脂溶液为基体，以碳纤维粉和碳纳米管为导电填料，再加入各种涂料助剂混合制备得到。本发明制得的导电涂料导电及粘附性能优异，并且具备一定的韧性和自洁性。根据现有技术可知，目前导电填料在丙烯酸树脂中添加量较大，其韧性严重不足，无法满足导线剧烈舞动过程中的机械稳定性，且丙烯酸涂层的自清洁能力弱，在复杂环境下容易吸附粉尘颗粒，严重影响其防电晕的效果。本发明提供的一种超特高压变电站导线用防电晕丙烯酸导电涂料，是一种可以用于修补导线金具表面缺陷、填补股线缝隙，便于现场施工的降电晕涂料。利用涂料的可塑性对导线表面缺陷进行修补，改变局部带电体曲率半径，达到降低局部场强，抑制电晕发生的目的。利用涂料良好的流动性对导线股线缝隙进行填充，改变导线表面局部形貌，使导线表面形成光滑圆面，从而在一定程度上起到等效扩径的作用，达到降低导线电晕的目的。
实施例1
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂10份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例2
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例3
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂50份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例4
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉20份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例5
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例6
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉60份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例7
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂5份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例8
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂10份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例9
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管5份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例10
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管10份，纳米二氧化钛2份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例11
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛5份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例12
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛10份，流平剂1份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例13
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛10份，流平剂5份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
实施例14
一种防电晕丙烯酸导电涂料，按重量份计，包括丙烯酸树脂30份，碳纤维粉40份，偶联剂1份，碳纳米管1份，纳米二氧化钛10份，流平剂10份。其制备过程包括以下步骤：步骤(a)将有机溶剂和丙烯酸树脂颗粒混合均匀得到固含量为20％～60％的丙烯酸溶液；(b)将碳纳米管放入乙醇溶液中，在30～50℃下充分搅拌12～24h后于40～60℃超声处理12～24h，得到1～30wt％的碳纳米管分散液；(c)称取上述步骤(a)、和(b)的丙烯酸溶液和碳纳米管分散液混合均匀后加入偶联剂处理的碳纤维粉、纳米二氧化钛和流平剂，充分搅拌后得到混合液，将所获得的混合液涂覆在高压导线表面形成丙烯酸导电涂层。
对比例1
一种复合炭导电涂料，称取5.6g的丙烯酸树脂，用10g的二甲苯溶解丙烯酸树脂，溶解完全后得透明状溶液，随后向透明状溶液中加入0.05g硅烷偶联剂(kh-550),混合均匀后得树脂体系，向树脂体系中继续加入由0.2g碳纤维、0.8g乙炔炭黑和3.2g土状石墨组成的复合炭导电填料，通过搅拌将复合炭导电填料均匀的填充于树脂体系中，再加入0.2g稀释剂(环己烯)、0.017g固化剂(tdi,甲苯二异氰酸酯)和0.01g增稠剂得混合液，最后将混合液混合均匀得到导电涂料。所制得导电涂料的电阻率为0.009ω·m。
使用涂抹器将实施例1-14以及对比例1得到的丙烯酸混合液涂覆在聚四氟乙烯平板上，待固化后取下进行测试，结果如表1所示。
表1.体积电阻数据对比表
分析表1可知，碳纤维粉和碳纳米管对涂料的导电性能影响较大，在碳纤维为40份，碳纳米管为5份时，丙烯酸导电涂料的导电性能最佳，体积电阻达到0.1ω·cm。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。