專利名稱：基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料性能測試領(lǐng)域，特別涉及一種基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合絕緣子的絕緣材料，即傘裙或護(hù)套由具有憎水性和憎水遷移特性的硅橡膠組成，所以在污濕情況下其表面的絕緣電阻仍然較高，對應(yīng)復(fù)合絕緣子的污閃電壓較高，它能幫助電力系統(tǒng)抑制污閃的發(fā)生。表面憎水性是復(fù)合絕緣子的關(guān)鍵特性，復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套的憎水性對其耐污閃能力有重要影響。目前，多采用靜態(tài)接觸角方法對硅橡膠及其他絕緣材料的憎水性進(jìn)行表征，該方法在材料表面比較平滑、單一、均勻的情況下能很好表征材料的憎水性。但浸泡、電暈和染污后硅橡膠表面不平整、存在其他溶質(zhì)，此時(shí)滴水后系統(tǒng)狀態(tài)將是從亞穩(wěn)平衡狀態(tài)自發(fā)躍遷的過程，此時(shí)接觸角存在滯后的現(xiàn)象，測量所得前進(jìn)角與后退角往往有一定差別，在某些情況下甚至很大。測量的靜態(tài)接觸角測量值處于二者之間，開始接近較大的前進(jìn)角然后隨時(shí)間增加逐漸減少趨向于后退角，是一個(gè)變化量，容易受滴水方式、測量延遲時(shí)間等因素的影響，將影響測量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)也給測試者提出了較高要求。硅橡膠試樣的浸泡實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)材料表面憎水性較差時(shí)，將材料浸入溶液中材料很容易大面積被溶液浸潤，但此時(shí)表面某些點(diǎn)的靜態(tài)接觸角也能達(dá)到90°左右甚至以上，濕潤環(huán)境時(shí)該硅橡膠表面容易形成成片連續(xù)水膜、表面電阻低從而導(dǎo)致污閃電壓嚴(yán)重降低，但僅僅根據(jù)靜態(tài)接觸角并不能很好反映這一特性，因此，此時(shí)其對材料表面憎水性表征的有效性尚待進(jìn)一步研

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
一種基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法，其特征在于具體步驟如下
(一)測量前進(jìn)角ΘΑ:
(1)用接觸角測量儀對復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套上的水珠進(jìn)行拍照，在拍照過程中，每拍照一張水珠圖像后，用微量進(jìn)樣器向所述水珠注入去離子水水滴，注入去離子水水滴后再拍下一張水珠圖像；拍照時(shí)所述接觸角測量儀的相機(jī)鏡頭平面垂直于所述傘裙或護(hù)套的平面；
(2)確定所述水珠與傘裙或護(hù)套平面接觸面積增大的前一張水珠圖像；根據(jù)此張水珠圖像由接觸角測量儀計(jì)算接觸角，該接觸角即為前進(jìn)角ΘΑ ；
(二)測量后退角θκ:
(1)用接觸角測量儀對復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套上的水珠進(jìn)行拍照，在拍照過程中，每拍照一張水珠圖像后，用微量進(jìn)樣器從所述水珠中抽取水滴，抽取水滴后再拍一張水珠圖像； 拍照時(shí)所述接觸角測量儀的相機(jī)鏡頭平面垂直于所述傘裙或護(hù)套的平面；
(2)確定所述水珠與傘裙或護(hù)套平面接觸面積減少的前一張水珠圖像，根據(jù)此張水珠圖像由接觸角測量儀計(jì)算接觸角，該接觸面即為后退角θ Ε ； 所述前進(jìn)角9,和后退角θ R合稱為初態(tài)接觸角。在本發(fā)明中，向水珠中注入去離子水水滴的注水速度為0. 1— 5μ L/s ；每次的注水量為 0. 02-1 μ L/s。在本發(fā)明中，從水珠中抽水滴的抽水速度為0. 1— 5 μ L/s ；每次的抽水量為 0.02-1 μ L/s。下面分析一下為什么要用動(dòng)態(tài)接觸角方法來表征材料的憎水性
通常接觸角定義為通過氣、液、固三相的接觸點(diǎn)，向氣一液界面做切線，該切線與液一固界面的夾角即為接觸角。接觸角反映了材料表面的界面張力，而界面張力的大小將直接決定材料表面憎水性。對于氣、液、固三相界面張力滿足^ung方程
γφ costf = r -7h(ο
式中的rgl、rgs和rls分別為氣液相、氣固相和液固相的界面張力，θ即為接觸角。以上所得θ為靜態(tài)接觸角，或者稱為^img接觸角，它是材料表面潔凈、光滑情況下的接觸角，當(dāng)材料表面粗糙或有其他物質(zhì)存在時(shí)式(1)并不嚴(yán)格成立。此時(shí)材料表面對其上面液滴的反應(yīng)為考慮到一定體積的液滴在粗糙材料的表面，如果用微量進(jìn)樣器增加少量液滴則隨著液滴的增加液滴底面積保持不變而接觸角逐步增加，直到液滴體積增加超過臨界值后液滴的底面積變大，接觸角有所減少，這一過程中得到的最大接觸角即為前進(jìn)角θ k ；如果用微量進(jìn)樣器抽取少量液滴則隨著液滴的減少液滴底面積也保持不變而接觸角逐步減少，直到液滴體積減少超過臨界值則液滴的底面積減少，接觸角增大，這一過程中得到的最小接觸角即為后退角，其示意圖如附圖1所示。其中得到的前進(jìn)角〃Α和后退角^合稱為動(dòng)態(tài)接觸角。顯然它們之間滿足θ A θ < θ κο對于前進(jìn)角〃Α不等于后退角^的情況屬于接觸角的滯后現(xiàn)象，造成這個(gè)現(xiàn)象的主要原因有1)表面粗糙；2)表面染污；3)溶質(zhì)在固體表面上的沉淀。實(shí)際上對于沒有特別準(zhǔn)備過的表面〃^~可達(dá)10°以上，有些材料甚至可能會(huì)達(dá)到150°以上。硅橡膠在電暈時(shí)由于局部放電存在如下幾種效應(yīng)(1)產(chǎn)生活性氣體對介質(zhì)的氧化和腐蝕；(2)帶電粒子撞擊引起溫度上升，加速介質(zhì)氧化并導(dǎo)致局部電導(dǎo)和介質(zhì)損耗增加；(3)帶電粒子撞擊切斷分子結(jié)構(gòu)導(dǎo)致介質(zhì)破壞；(4)產(chǎn)生紫外線或X射線等輻射，引起材料分解；這些效應(yīng)使表面變得粗糙，同時(shí)生成新的親水性物質(zhì)吸附于表面，而且在濕潤情況下放電產(chǎn)生硝酸將會(huì)腐蝕表面這也會(huì)導(dǎo)致表面的粗糙。在浸泡條件下水、酸、堿容易與硅橡膠發(fā)生反應(yīng)使表面粗糙或生成可溶性成分吸附于表面。染污時(shí)表面被溶質(zhì)所覆蓋同樣也會(huì)導(dǎo)致粗糙不平和溶質(zhì)沉積的情況。因此這三種情況都滿足存在接觸角滯后現(xiàn)象的相關(guān)條件，所以隨著浸泡、電暈等的進(jìn)行，前進(jìn)角與后退角的差別變大，靜態(tài)接觸角測試的隨機(jī)性增加。研究表明初始的靜態(tài)接觸角更接近于前進(jìn)角，它會(huì)隨著拍照延遲時(shí)間、液滴附著到硅橡膠表面的方式等因素的影響。因此，初始靜態(tài)接觸角偏大，由于人為因素的影響，對于同一的材料多次測量結(jié)果可能會(huì)有較大差別，甚至同一點(diǎn)多次測量結(jié)果也會(huì)不同，因此僅僅根據(jù)靜態(tài)接觸角未必能很好表征浸泡、染污、電暈樣本的憎水性，所以本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)接觸角法。本發(fā)明的有益效果如下
(1)計(jì)算準(zhǔn)確性高
能在一定程度上抑制材料表面的粗糙、溶質(zhì)在表面沉淀的情況影響，尤其是后退角能較好反映材料表面的憎水性；
(2)計(jì)算穩(wěn)定性高
由于抑制了滯后現(xiàn)象對接觸角測量的影響，因此多次測量結(jié)果之間的波動(dòng)更小，計(jì)算穩(wěn)定性更高。


圖1為靜態(tài)接觸角、前進(jìn)角和后退角的示意圖加和2b分別為浸泡和染污的硅橡膠樣本的5個(gè)測點(diǎn)靜態(tài)接觸角隨時(shí)間變化曲線
圖3a和北分別為浸泡和染污的硅橡膠樣本表面浸潤情況圖。
具體實(shí)施例方式按上述發(fā)明內(nèi)容部分中的技術(shù)方案的操作即可。下面是對兩個(gè)測試對象的測量結(jié)果分析
一、對測試對象為浸泡后的硅橡膠試樣憎水性的測量結(jié)果分析 該樣本在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 05%的CaSO4溶液中浸泡多日，將樣本取出后放入去離子水中將表面的殘液清洗，然后甩掉表面的液體后放置10分鐘左右至表面干燥。浸泡樣本5個(gè)測點(diǎn)的靜態(tài)接觸角及其隨時(shí)間的變化情況如附圖加所示。靜態(tài)接觸角隨著不同次測量結(jié)果差別較大，選擇0 s作為比較時(shí)刻，試樣5個(gè)不同點(diǎn)的靜態(tài)接觸角差別最大達(dá)到了 12° ；這直接導(dǎo)致了基于靜態(tài)接觸角的憎水性判斷時(shí)同一樣本中某些點(diǎn)處于憎水性狀態(tài)而某些點(diǎn)處于親水性狀態(tài)，給憎水性判斷造成了較大困難。這主要是由于測量時(shí)操作者的手法和習(xí)慣導(dǎo)致靜態(tài)接觸角測量存在一定的隨機(jī)性，而接觸角測量的滯后性則增加了結(jié)果的分散性。此外，靜態(tài)接觸角隨時(shí)間增加普遍下降，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。 由于靜態(tài)接觸角隨時(shí)間延遲而不斷減少，不同延遲時(shí)刻得到關(guān)于材料表面憎水性的判斷可能截然相反，浸泡樣本在0 S處2個(gè)測試點(diǎn)靜態(tài)接觸角小于90°為親水性，到60 S后有4 個(gè)小于90°為親水性，這給材料表面憎水性的判斷造成了較大困難。接觸角時(shí)間依賴性主要是由于水滴與聚合物接觸后其表面發(fā)生重構(gòu)引起，起始接觸角與最終平衡狀態(tài)的接觸角則分別與聚合物表面疏水性組分和親水性組分相關(guān)。不同樣本動(dòng)態(tài)接觸角如表1所示。表1浸泡樣本動(dòng)態(tài)接觸角統(tǒng)計(jì)值I。
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法，其特征在于具體步驟如下(一)測量前進(jìn)角ΘΑ:(1)用接觸角測量儀對復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套上的水珠進(jìn)行拍照，在拍照過程中，每拍照一張水珠圖像后，用微量進(jìn)樣器向所述水珠注入去離子水水滴，注入去離子水水滴后再拍下一張水珠圖像；拍照時(shí)所述接觸角測量儀的相機(jī)鏡頭平面垂直于所述傘裙或護(hù)套的平面；(2)確定所述水珠與傘裙或護(hù)套平面接觸面積增大的前一張水珠圖像；根據(jù)此張水珠圖像由接觸角測量儀計(jì)算接觸角，該接觸角即為前進(jìn)角ΘΑ ；(二)測量后退角θκ:(1)用接觸角測量儀對復(fù)合絕緣子傘裙或護(hù)套上的水珠進(jìn)行拍照，在拍照過程中，每拍照一張水珠圖像后，用微量進(jìn)樣器從所述水珠中抽取水滴，抽取水滴后再拍一張水珠圖像； 拍照時(shí)所述接觸角測量儀的相機(jī)鏡頭平面垂直于所述傘裙或護(hù)套的平面；(2)確定所述水珠與傘裙或護(hù)套平面接觸面積減少的前一張水珠圖像，根據(jù)此張水珠圖像由接觸角測量儀計(jì)算接觸角，該接觸面即為后退角θ Ε ；所述前進(jìn)角94和后退角θ κ合稱為初態(tài)接觸角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法，其特征在于向所述水珠中注入去離子水水滴的注水速度為0. 1—5 μ L/s ；每次的注水量為0. 02-1 μ L/So
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法，其特征在于從所述水珠中抽水滴的抽水速度為0. 1—5 μ L/s ；每次的抽水量為0. 02-1 μ L/s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于動(dòng)態(tài)接觸角的復(fù)合絕緣子憎水性檢測方法，本方法的技術(shù)要點(diǎn)是使用數(shù)碼相機(jī)或鏡頭、工業(yè)相機(jī)結(jié)合圖像采集卡在垂直于傘裙或護(hù)套所在平面拍照接觸角測量儀獲得水珠圖像，通過注入去離子水不斷拍攝獲得一系列水珠圖像，由測量儀計(jì)算得出前進(jìn)角θA；然后通過抽取水滴不斷拍攝獲得一系列水珠圖像，由測量儀計(jì)算得出前進(jìn)角θR。本發(fā)明的有益效果如下(1)計(jì)算準(zhǔn)確性高能在一定程度上抑制材料表面的粗糙、溶質(zhì)在表面沉淀的情況影響，尤其是后退角能較好反映材料表面的憎水性；(2)計(jì)算穩(wěn)定性高由于抑制了滯后現(xiàn)象對接觸角測量的影響，因此多次測量結(jié)果之間的波動(dòng)更小，計(jì)算穩(wěn)定性更高。
文檔編號G01N13/00GK102494971SQ201110387150
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者何瑞東, 耿江海, 賈伯巖, 鄭雄偉 申請人:河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所