RTV涂料表面冰层与涂料间粘结力及其影响因素分析

摘要：本次研究RTV涂料表面冰层和涂料间粘接力的情况以及影响因素。选择3个来自不同厂家的RTV涂料，然后，进行冰和涂料表面粘接力的试验。并且，将RTV涂料涂覆在不同材质的基板上，进而模拟出输电系统中的不同部件。试验结果显示：RTV涂料和冰粘接力的大小主要受到覆冰环境温度、基板、覆冰水电导率等因素影响。

关键词：防覆冰 RTV涂料 粘接力 输电线路 电导率 温度

一、引言

防冰涂料中憎水型是最有发展潜力的涂料。根据憎水型涂料使冰层和衬垫表面间粘结力减弱的防冰机制，本文就冰和RTV涂料表面间的粘结力进行有关试验，进而研究相关影响因素。

二、试验装置与试验方法

1.试验材料准备及覆冰方法

首先，准备一个人工气候室作为试验场所，长为3.8m，直径为2.0m。要求它的最低温度在（-45±1）℃，用以模拟各种条件下的覆冰情况。试品基板分别为钢化玻璃板、铝板、瓷板，大小为250mm×250mm。RTV涂料来自3个不同厂家，将其编号为#1、#2、#3。试验过程中，调整好覆冰环境温度后，然后在基板和其表面的有关辅助设备间人工进行喷水覆冰，雾滴直径保持在100μm至200μm左右。每次试验时将冰层厚度保持在（15±1）mm。

2.测量粘结力大小

通过多次人工模拟以及自然环境试验研究显示，尽管目前的憎水型涂料无法避免与减少导线与绝缘子覆冰现象，不过，它具备良好的憎水性能，能极大减弱冰和导线与绝缘子等衬垫表面存在的粘结力。

冰和衬垫表面的粘结强度大小通过二个参量来表示，垂直于冰和接触面间的垂直应力、平行于冰和接触面间的剪切力。

对于已涂覆RTV涂料的基板表面进行覆冰，等到基板水平固定后，便测试剪切力，对冰层施加水平拉力Q；在测试垂直应力时，可对其施加竖直向上的力Q。假设粘结力均匀分布在接触面上，那么，冰层和衬垫表面间的粘结力表示为：

F= （1）

（A代表剪切面积，单位为cm2；Q代表施加在冰样的力，单位为N。试品表面覆冰后，把基板固定到相应的试验装置上。测量时，应确保环境温度不变恒定，作为覆冰环境温度，再匀速施力，以至冰和基板分离，将分离瞬间的拉力设为F。严格控制试验条件，确保在一样的环境与覆冰条件下，每组试验测量15次。采用TJL-1S型拉力传感器来采集相关数据。

表1 试品说明

三、试验结果与分析

1.试验结果

该试验本身存在一定程度的分散性，因而测量垂直粘结力与剪切力都要求在同等覆冰及环境条件下进行多次测量，再取其算术平均值，即

Fav = （2）

其中，Fav代表经多次测量后的垂直应力或剪切应力平均值，单位N/cm2；Fj代表一次测量的垂直应力或剪切应力，单位N/cm2；m代表一组试验中的试验总次数，m≥15次。

按照2.2节的试验方式与式（2）进行计算，得到的试验结果，Favd1、Favd2 、Favd3分别表示温度在-5℃、-10℃、-15℃时，垂直应力的大小，单位N/cm2；Favc1、Favc2 、Favc3分别代表覆冰环境温度在-5℃、-10℃、-15℃时，实际的剪切应力，单位N/cm2；γ20代表覆冰水电导率，单位μS/cm。

2.影响冰和衬垫表面粘结力的因素

基板表面涂覆RTV涂料后，冰和基板间粘结力就变为冰和RTV涂料间的粘结力。当涂覆涂料后，其粘结力会有所改变，因而涂料对冰和基板间的粘结力的影响采用粘结力在基板和基板表面涂料间的粘接力的变化率来表征，如下所示：

F（Xj）= [F（X0）—F（Xj）]/ F（X0） （3）

其中，Xi代表不同试品，j=1，2，3；F（Xj）代表基板表面涂覆RTV涂料后粘结例的变化率；F（Xj）代表某个固定温度条件下垂直应力或剪切力的平均值，单位N/cm2；F（X0）代表和Xi对应温度及基板下基板表面还没有涂覆涂料时和冰的粘结力，单位N/cm2

F1，F2，F3代表在覆冰时环境温度为-5℃、-10℃、-15℃时垂直应力的变化率。

图2粘结力测量原理

对于不同材质的基板，冰与其表面间的粘结力存在较大差异。比如，冰和瓷板表面间的粘结力就比较小，试验中的垂直应力与剪切力都小于30N/cm2；和玻璃、铝板等表面粘结力比较大，当-10℃条件下，铝板和冰的剪切力高达114.9N/cm2。尽管全部基板表面间粘结力变化都超过40%，不过，变化率的差异偏大。相对来说，瓷板表面间粘结力变化率偏小，一般保持在40%-65%左右；玻璃板与铝板粘结力变化率偏大，基本都超过80%，一些还超过90%。当-5℃时L2粘结力的变化率最高，为92.65%.因此，RTV涂料能有效降低基板表面和冰之间的粘结力大小。

2.1电导率的影响

试验分析在不同电导率条件下，冰和衬垫表面间粘结力发生的变化。在同一材料表界面，不同覆冰水电导率下，冰层和衬垫表面间产生的垂直应力与剪切应力都有所下降，不过，变化极小，差不多没有改变。因而在下面的试验过程中，忽略该因素的影响。

2.2温度的影响

剪应力与垂直应力都受到温度影响，会根据温度改变而变化。当温度降低，两者都会增大。当温度在—10℃时，粘结力会达到最大值；当温度逐渐降低，粘结力也会逐渐变少。冰的密度大小会受到温度变化的影响，因此，温度对冰和衬垫表面粘结力有一定影响。

2.3对比基体材料的粘结力

2.3.1基板材料对冰和RTV涂料间的粘结力有影响。即材料各异的基板，在其表面涂覆来自同一厂家的RTV涂料时，尽管所处环境、温度都相同，冰和涂料间的粘结力也不一致。其中，玻璃板的表面涂覆RTV涂料后，涂料和冰的粘结力为最大，其次，为铝板、瓷板，粘结力依次变小。

2.3.2瓷板表面涂覆RTV涂料后涂料与冰层就垂直应力都小于10N/cm2。将3种RTV涂料涂覆到瓷板表面后，涂料和冰层间粘结力大约在4.8N/cm2-7.0N/cm2左右。当-5℃时，P2和冰层垂直应力为最小值，4.8N/cm2；当温度为-10℃时，P2和冰层垂直应力为最大值，7.0N/cm2。

四、结论

1.伴随着温度的变化，冰和RTV涂料间的粘结力也会变化

当温度逐渐降低，其粘结力会先增大，然后减小。当温度为-10℃时，其粘结力达到最大值；当温度为-5℃时，其粘结力比-15℃时的还小。

2.基板材质也会影响到RTV涂料和冰层间的粘结力

表面RTV涂料和冰层间粘结力由大到小的基板材质：玻璃板、铝板、瓷板。

3.来自不同厂家的RTV涂料和冰层间的粘结力也不一样

本组试验中，3个厂家生产的RTV涂料和冰层粘结力由大到小：# 3、# 1、# 2。

4.伴随覆冰水电导率的不断增大，粘结力存在减小的趋势，不过，变化不大。因此，覆冰水电导率这一因素对冰和衬垫表面的粘结力产生的影响极小。

参考文献

[1]蒋兴良，杨大友 RTV涂料表面冰层与涂料间粘结力及其影响因素分析 高电压技术 2010，36（6）：1359-1364.

[2]蒋兴良，易辉.输电线路覆冰及防护[M].北京：中国电力出版社。2002.

[3]龙小乐，鲍务均.输电导线覆冰研究[J].武汉水利电力大学学报。1996，29（5）：102-107.