CN106317979A - 一种电网运行监测用红外涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网运行监测用红外涂料，包括以下组分：粉末辐射料、粘结料，助剂、溶剂和分散剂，其中所述辐射料包括碳化硅粉末30‑40份，二氧化硅10‑15份，氧化铝5‑10份，氧化钇10‑30份，二氧化锰5‑10份，氧化铁5‑10份；其中所述碳化硅的平均粒径是1‑10μm，优选是1‑3μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是10‑500nm，优选是100‑300nm。本发明克服了现有技术中红外涂层低温发射率低，波长范围宽易于受到干扰的不足，提供一种电网运行管理中红外监测用涂覆材料，该涂料具有70℃以上红外发射率达到0.92‑0.96，且发射波长控制在50‑110μm。

Description

一种电网运行监测用红外涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电网在线监测技术领域，尤其是一种在电网运行管理中自动监测温度变化的红外涂料及其制备方法。

背景技术

热传递主要有传导、对流及辐射三种方式，其中热辐射一般是以电磁波的方式进行传递，波长在0.76～1000μm之间的电磁波又称红外线(通常称为热辐射线)。红外辐射涂料(即热辐射涂料)是一种具有足够强度且红外发射率高的材料。红外辐射涂料技术的发展源于航天飞行器热障涂层材料技术。其原理是根据材料内部的分子振动引起偶极矩变化而产生红外辐射的变化。分子振动时，对称性越低，偶极矩变化越大，其红外辐射就越强。红外辐射涂料的节能原理就是提高被加热表面的吸收率，增大辐射能传递比例。目前，该类高发射率红外辐射材料主要应用于军事、节能、环保、医疗、保健等领域。

20世纪发生的两次世界能源危机，使能源严重缺乏的日本在世界上率先开展对红外辐射材料的大规模研究。到80年代初，欧美等国家对红外辐射材料的研究也具备了很高的水平。此后我国也开始了对红外辐射材料的探索与研究。红外辐射技术发展的实质是研究具有足够强度且红外发射率高的材料。

SiC材料是在远红外实效区2.5～25μm全波段内红外发射率较高的材料，已被作为制备高温红外涂料的主要原料之一。研究材料的辐射机理发现，除了化学成分、化学键特性对红外辐射产生影响外，物体的红外辐射特性还与晶体结构类型以及晶格中存在的缺陷、杂质的状况紧密相关。通过化学掺杂、材料晶格畸变的途径可以改善材料的红外发射率。

就SiC材料而言，在材料中进行适量的Al掺杂可改变自由载流子与杂质辐射带的波长位置，可提高材料在短波区的红外发射率，也能使材料在宽波段范围内表现出优良的红外辐射性能。在SiC材料中掺入与Si离子半径相近的Al离子，一方面使Al离子与Si离子间形成有效的掺杂效应，导致物体晶格周期性的破坏，晶体点阵发生畸变，使晶体结构的对称性降低，从而引起极化，促进红外辐射的发射或吸收；另一方面，由于离子半径相近，Al掺杂离子很容易以某种配位形式占据Si离子的结构位置，导致材料内部失去电价平衡，在有些地方富集正电荷，而有些地方则富集空穴，称之为缺陷，这些缺陷的形成可有效改善SiC材料在一定波长范围内的红外发射率。

红外辐射涂料具有穿透力强，辐射传热快，将其用于散热器装置表面可以强化散热器装置表面的热辐射效能，从而提高散热设备的效率。目前在电网运行中，由于各种电路设备过热引发的供电事故层出不穷，在电网运行中采用红外监控设备检测重点部件的表面温度，以预防和减少供电事故的发生一种自动化程度高、简单有效的电网运行监测方法。但是目前国内外很少有电网运行专用涂料的产品。电网运行专用红外涂料需要解决的技术问题主要有发射率较低，涂层在低温下红外发射率低，波长范围较宽易受其他热源干扰等问题。

CN104403501 A公开了一种电网运行管理中红外监测用涂覆材料及其制备方法，由下述组分经混合配制而成，所述各组分及其组分含量按质量百分比计为：30份～40份的环氧树脂，30份～40份三氧化铝粉末，5份～10份二乙烯三胺，5份～10份石墨粉，5份～10份碳纤维，30份～50份溶剂组成。使得物体表面具有高发射率，并且发射率统一、温度超过设定值后会明显变色的电网运行管理中红外监测涂覆材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中红外涂层低温发射率低，波长范围宽易于受到干扰的不足，提供一种电网运行管理中红外监测用涂覆材料，该涂料具有70℃以上红外发射率达到0.92-0.96，且发射波长控制在50-110μm。从而实现及早预警以及减少自然环境中的红外线干扰的特点。

本发明对碳化硅发射材料进行改性，增加了添加剂纳米二氧化硅、纳米氧化铝和纳米氧化钇，由于二氧化硅可以与氧化铝和氧化钇形成钇铝硅酸盐液相，液相的存在为原子快速扩散提供了通道，从而促进了涂层的致密化，从而使得制备出的涂层更接近理论密度，此外二氧化硅和氧化钇的加入有助于涂层的发射波长向远红外方向迁移。本发明人意外的发现，当碳化硅粒径保持在微米级，而二氧化硅、氧化铝和氧化钇为纳米级时，制备出的涂层可以将涂层发射波长控制在一定范围内，并且保持比较高的发射率。相反如果将所有陶瓷原料组分处理的过细，如都达到纳米级，则会导致粉末团聚现象更加明显，不利于发射波长的控制；如果将所有物料颗粒都保持在微米级别，则制备出的陶瓷会又会存在气泡较多，晶粒分布不均，不利于提高涂层的发射率。

一种电网运行监测用红外涂料，包括以下组分：粉末辐射料、粘结料，助剂、溶剂和分散剂，其中所述辐射料包括碳化硅粉末30-40份，二氧化硅10-15份，氧化铝5-10份，氧化钇10-30份，二氧化锰5-10份，氧化铁5-10份；其中所述碳化硅的平均粒径是1-10μm，优选是1-3μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是10-500nm，优选是100-300nm。

所述辐射料的质量占涂料总质量的20-50wt％；所述粘结料的质量占涂料总质量的10-30wt％，助剂的质量占涂料总质量的5-15wt％、溶剂的质量占涂料总质量的40-60wt％和分散剂的质量占涂料总质量的0.1-2wt％。

所述粘结料是水玻璃，无定形硅铝或铝溶胶中的一致或多种。

所述助剂是钠或钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐中的一种或多种。

所述溶剂是乙二醇、乙醇、甲醇、丙二醇、丙醇、丁醇中的一种。

所述分散剂是烷基苯磺酸钠、萘磺酸盐、脂肪酸磺烷基酯中的一种。

所述涂料中还包括占涂料总质量1-5wt％的流平剂，所述流平剂是环氧树脂或聚丙烯酰胺中的一种。

一种电网运行监测用红外涂料的制备方法，包括以下步骤：

a)按比例将粉末辐射料、粘结料和助剂按比例混合，制成固相混合物；

b)按比例将助剂、溶剂和分散剂混合，制成液相混合物；

c)将固相混合物和液相混合物充分混合均匀，得到所述涂料。

一种红外涂料用于电网运行监测的用途，其特征在于所述涂料涂敷在基质上以后，经过300-500摄氏度的煅烧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

辐射料的30重量份；所述无定形硅铝10重量份，氢氧化钾的重量份5wt％、乙二醇40重量份、萘磺酸盐0.5重量份，环氧树脂3重量份。其中辐射料的组成是碳化硅粉末30份，二氧化硅15份，氧化铝5份，氧化钇10份，二氧化锰5份，氧化铁5份；其中所述碳化硅的平均粒径是6μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是76nm。

实施例2：

辐射料的50重量份；所述铝溶胶10重量份，碳酸钠的重量份5wt％、乙醇60重量份、萘磺酸盐0.2重量份。其中辐射料的组成是碳化硅粉末30份，二氧化硅15份，氧化铝5份，氧化钇10份，二氧化锰10份，氧化铁8份；其中所述碳化硅的平均粒径是5μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是113nm。

对比例1：

辐射料的30重量份；所述无定形硅铝10重量份，氢氧化钾的重量份5wt％、乙二醇40重量份、萘磺酸盐0.5重量份，环氧树脂3重量份。其中辐射料的组成是碳化硅粉末30份，二氧化硅15份，氧化铝5份，氧化钇10份，二氧化锰5份，氧化铁5份；其中所述碳化硅的平均粒径是6μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是10μm。

对比例2：

辐射料的30重量份；所述无定形硅铝10重量份，氢氧化钾的重量份5wt％、乙二醇40重量份、萘磺酸盐0.5重量份，环氧树脂3重量份。其中辐射料的组成是碳化硅粉末30份，氧化铝5份二氧化锰5份，氧化铁5份；其中所述碳化硅的平均粒径是6μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是76nm。

针对实施例和对比例制得的涂料进行检测，具体数据如下：

	100℃时全向发射率	发射波长(μm)	附着力	涂层煅烧温度
					实施例1	0.91	61-96	1	500
实施例2	0.91	60-106	1	450
					对比例1	0.80	3-158	0	500
对比例2	0.82	2-18	0	500

以上仅是本发明的实施范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡是采用本领域公知的等同替换或等同交换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电网运行监测用红外涂料，包括以下组分：粉末辐射料、粘结料，助剂、溶剂和分散剂，其中所述辐射料包括碳化硅粉末30-40份，二氧化硅10-15份，氧化铝5-10份，氧化钇10-30份，二氧化锰5-10份，氧化铁5-10份；其中所述碳化硅的平均粒径是1-10μm，优选是1-3μm；二氧化硅、氧化铝和氧化钇的平均粒径是10-500nm，优选是100-300nm。

2.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述辐射料的质量占涂料总质量的20-50wt％；所述粘结料的质量占涂料总质量的10-30wt％，助剂的质量占涂料总质量的5-15wt％、溶剂的质量占涂料总质量的40-60wt％和分散剂的质量占涂料总质量的0.1-2wt％。

3.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述粘结料是水玻璃，无定形硅铝或铝溶胶中的一致或多种。

4.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述助剂是钠或钾的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、磷酸盐、磷酸氢盐中的一种或多种，所述助剂的用量是。

5.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述溶剂是乙二醇、乙醇、甲醇、丙二醇、丙醇、丁醇中的一种。

6.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述分散剂是烷基苯磺酸钠、萘磺酸盐、脂肪酸磺烷基酯中的一种。

7.根据权利要求1所述的红外涂料，其特征在于所述涂料中还包括占涂料总质量1-5wt％的流平剂，流平剂可以是环氧树脂或聚丙烯酰胺中的一种。

8.如权利要求1-7任一项所述的红外涂料的制备方法，包括以下步骤：

a)按比例将粉末辐射料、粘结料和助剂按比例混合，制成固相混合物；

b)按比例将助剂、溶剂和分散剂混合，制成液相混合物；

c)将固相混合物和液相混合物充分混合均匀，得到所述涂料。

9.将权利要求1-7任一项所述的红外涂料用于电网运行监测的用途，其特征在于所述涂料涂敷在基质上以后，经过300-500摄氏度的煅烧。