复合绝缘子作为输电线路中的重要部件被广泛使用，但它们常常处于连续的雨雪天气环境中。在低温和雨雪天气下，绝缘子表面不可避免地会结冰和积冰，这不仅增加了绝缘子的负荷，而且还影响其绝缘性能。目前，主要的除冰技术有热力学除冰、人工除冰和化学除冰。热力学除冰通过通电加热导线来实现除冰，人工除冰主要依靠人工进行，而化学除冰则是通过喷洒氯化钠来融雪除冰。然而，这些方法都需要大量的人力和资源。为了更有效地保护绝缘子正常运行，需要从根本上延缓结冰速度或抑制结冰。被动除冰和防冰方法受到了广泛关注，如延长结冰时间、降低冰的粘附强度等。在复合绝缘子上应用超疏水涂层，不仅能保持绝缘子的绝缘性能，还能帮助其抵抗雨雪天气，延长其使用寿命。
超疏水是指水的接触角（WCA）大于150°，滑动角（WSA）小于10°的湿润状态。其独特的微纳结构和极低的表面能引起了广泛的关注和研究。这种表面具有类似荷叶的独特结构，可以解决油水分离、耐腐蚀、防冰和自清洁等实际问题。超疏水涂层不仅使基材具有良好的机械性能和防水性，而且在延长基材表面水滴的冻结时间方面也表现出优异的性能。目前，超疏水涂层的制备主要有以下方法：相分离法、化学气相沉积法、水热法、喷涂法、模板法等。
超疏水涂层的一个重要因素是粗糙分级结构，它由微米和纳米结构组成。微纳结构捕获空气形成气穴，使涂层达到Cassie状态，进一步稳定其防水状态。当涂层表面持续受到摩擦、压力等外部环境因素的影响时，涂层可能会受损，液滴会被困在微纳结构中并发生钉扎效应，导致涂层疏水性降低甚至完全丧失。此时，涂层的润湿状态从Cassie状态转变为Wenzel状态。因此，制备具有优异耐磨性的超疏水涂层仍然面临着巨大的挑战。
近期，郑州大学杨凯军/朱锦鹏团队采用简单的空气喷涂法成功制备了一种具有抗冰、自清洁和绝缘特性的超疏水涂层。
首先，通过正交试验设计确定喷涂参数（喷涂压力、喷涂时间、喷涂距离）；然后以环氧树脂和有机硅树脂为粘结剂，掺杂微米级氧化铝和正十二烷基硫醇改性的纳米氧化锌颗粒，通过空气喷涂法制备出超疏水涂层。该涂层的水接触角达到156°，滚动角仅为2°。令人惊讶的是，该超疏水涂层将水滴结冰时间延迟至4200s，是裸复合绝缘子的14倍，积冰减少了5倍，表现出优异的防冰性能。由于两种粘合剂的混合，该超疏水涂层还具有良好的机械性能和绝缘性能。此外，该涂层制备方法简单、经济、无氟、环保，适合大规模应用。因此，本研究制备的超疏水涂层在电力系统和极端环境条件下具有巨大的应用潜力。
涂层制备工艺示意图
防冰与积冰
(a)-(d)裸基材和超疏水涂层样品结冰情况对比；(e)防冰延迟时间对比；(f)积冰设备模型图；(g)未涂覆和涂覆涂层的积冰；(h)润湿模型；(i)防冰延迟机理图；(j)积冰机理图；(k)冻融循环实验数据记录；(l)冻融循环实验后涂层的EDS分布图。
数据来源与出处
相关研究成果以“Study on preparation and performance of anti-icing Superhydrophobic coating applied to composite insulators”发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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