本发明涉及电缆领域，具体涉及一种高强度防覆冰架空绝缘电缆及其制作工艺。
背景技术：
架空绝缘电缆主要用于城市、农村配电网中架空敷设，因该类电缆长期裸露在室外，容易受各种恶劣环境影响，如在实际运行中，这种架空绝缘电缆在遭遇强降雪、冻雨天气的情况下，电缆表面会形成挂霜、覆冰和冰柱，甚至在架空绝缘电缆表面形成较厚度冰套，加大了架空绝缘电缆的自身重量，导致断线或杆塔折断，电路中断，给人民生活带来不便，也给国家造成巨大损失。因此，在冰雪、冻雨天气情况下，及时对架空绝缘电缆进行除霜、除冰，防止其表面结冰，就显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高强度防覆冰架空绝缘电缆。
本发明的技术解决方案如下：
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下原料：二氧化钛/聚合物混合分散液和紫外线屏蔽剂。
优选地，所述的二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：(0.5-1.2)：(1-20)的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
优选地，所述的紫外线屏蔽剂添加量与二氧化钛添加量的质量比为1：(0.5-2)。
优选地，所述的二氧化钛包括粒径为1-10μm的第一粒径二氧化钛和1-50nm的第二粒径二氧化钛。
优选地，所述的电缆基材中导体采用铝合金材质，由于其质量轻且强度高，很好地应用于架空绝缘电缆。
本发明还公开了另一种技术方案：一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆。
优选地，所述的步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得第一混合液，往第一混合液中继续加入第二粒径二氧化钛，混合均匀，得第二混合液，然后往第二混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
优选地，所述的步骤二中，干燥固化温度为80-150℃。
优选地，所述的步骤二之后还包括有步骤三，步骤三的具体步骤为：对步骤二的防覆冰架空绝缘电缆表面进行非镜面处理。
优选地的，所述的步骤三中，非镜面处理工艺具体为：磨砂纸处理防覆冰架空绝缘电缆表面至粗糙度为1-3μm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，在电缆基材表面设置的绝缘疏水层，具有优异的疏水效果以及提高了疏水效果的稳定性，即在绝缘疏水层的制备原料中，二氧化钛/聚合物混合分散液中添加紫外线屏蔽剂，不仅能够保持优异的疏水性能和抗老化性能，而且还能够是长时间户外使用时，疏水性能的稳定性大大提高，即在寒冷天气时，绝缘电缆的绝缘疏水层由于其优异的疏水性能导致其表面残留的水分子极少，不易覆冰，因此，该绝缘电缆的防覆冰性能好。
(2)本发明的一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，通过采用两粒径段的二氧化钛，制得的绝缘疏水层的表面具有微米级的突起、纳米级粒子和微孔，这些微米级的突起、纳米级粒子和微孔形成一个表面不平的粗糙结构，这个粗糙结构是由不同大小的二氧化钛粒子本身所引起。这就意味着这个绝缘疏水层具有微纳米级的二元粗糙结构，由于这些微-纳米结构的突起和微孔的存在，在经过低表面能物质(聚合物粘结剂)修饰后，液滴并不能填满粗糙表面上的凹槽，在液滴下面将会有一定量的空气被封闭在微孔中，形成空气垫，从而构成气固复合接触表面，使绝缘疏水涂层具有了与荷叶相似的超疏水性能，即提高了其防覆冰性能。
(3)本发明的一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，先将第一粒径二氧化钛溶于溶剂中，此时，较大粒径的二氧化钛均匀的分散在溶剂中，然后再加入较小粒径的二氧化钛，一方面能够避免较小粒径先混合时容易产生的团聚，另一方面，先大粒径的二氧化钛均匀分布后在加入小粒径的二氧化钛，不同粒径的二氧化钛在疏水层表面形成的二元粗糙结构更加均匀，也进一步提高其疏水性。
(4)本发明的一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，通过在其中将电缆表面磨蚀(非镜面化)以使得该表面没有镜面效果，能够在特殊环境下，由此消除或减少架空电缆线朝向飞机或其它航空设备的光反射。
(5)本发明的电缆基材中导体采用铝合金材质，由于其质量轻且强度高，很好地应用于架空绝缘电缆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
本发明的电缆基材中的导线可包括以下中的任何一种或组合：铝、铝合金、铜、铜合金、钢、钢合金、聚合物复合材料，例如，包括嵌入聚合物基体(诸如热塑性聚合物基体)内的碳纤维的碳纤维聚合物复合材料芯。以下实施例1-6中电缆基材的导体采用铝合金材质。
聚合物粘合剂可包括一种或多种含氟聚合物，聚合物粘合剂可包括一种或多种环氧聚合物树脂，或聚合物粘合剂可包括一种或多种含氟聚合物和一种或多种环氧聚合物树脂的混合物。
实施例1
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：22份二氧化钛/聚合物混合分散液和1份紫外线屏蔽剂。
二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1：20的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的第一粒径二氧化钛和30-50nm的第二粒径二氧化钛。
紫外线屏蔽剂采用氧化锌，溶剂采用乙酸乙酯，聚合物粘结剂采用氟树脂。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
所述的步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得第一混合液，往第一混合液中继续加入第二粒径二氧化钛，混合均匀，得第二混合液，然后往第二混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
实施例2
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：20.5份二氧化钛/聚合物混合分散液和1份紫外线屏蔽剂。
二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1.5：18的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的第一粒径二氧化钛和20-50nm的第二粒径二氧化钛。
紫外线屏蔽剂采用氧化锌，溶剂采用乙酸乙酯，聚合物粘结剂采用四氟乙烯/乙烯共聚物。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
所述的步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得第一混合液，往第一混合液中继续加入第二粒径二氧化钛，混合均匀，得第二混合液，然后往第二混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
实施例3
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：22份二氧化钛/聚合物混合分散液和1份紫外线屏蔽剂。
二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1.2：19.8的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的第一粒径二氧化钛和30-50nm的第二粒径二氧化钛。
紫外线屏蔽剂采用氧化锌，溶剂采用乙酸乙酯，聚合物粘结剂采用环氧树脂。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得第一混合液，往第一混合液中继续加入第二粒径二氧化钛，混合均匀，得第二混合液，然后往第二混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
实施例4
本实施例是在实施例2的基础上作出的改变，具体是步骤二之后还包括有步骤三，步骤三的具体步骤为：对步骤二的防覆冰架空绝缘电缆表面进行非镜面处理。
步骤三中，非镜面处理工艺具体为：磨砂纸处理防覆冰架空绝缘电缆表面至粗糙度为1μm。
实施例5
本实施例是在实施例2的基础上作出的改变，具体是步骤二之后还包括有步骤三，步骤三的具体步骤为：对步骤二的防覆冰架空绝缘电缆表面进行非镜面处理。
步骤三中，非镜面处理工艺具体为：磨砂纸处理防覆冰架空绝缘电缆表面至粗糙度为2μm。
实施例6
本实施例是在实施例2的基础上作出的改变，具体是步骤二之后还包括有步骤三，步骤三的具体步骤为：对步骤二的防覆冰架空绝缘电缆表面进行非镜面处理。
步骤三中，非镜面处理工艺具体为：磨砂纸处理防覆冰架空绝缘电缆表面至粗糙度为3μm。
对比例0
本对比例是在实施例2的基础上作出的变化，具体是采用纯铝作为电缆基材的导体，其余同实施例2。
对比例1(无紫外线屏蔽剂)
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：22份二氧化钛/聚合物混合分散液；二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1：20的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的第一粒径二氧化钛和30-50nm的第二粒径二氧化钛。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
将二氧化钛/聚合物混合分散液涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得第一混合液，往第一混合液中继续加入第二粒径二氧化钛，混合均匀，得第二混合液，然后往第二混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
对比例2(无两粒径段的二氧化钛)
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：22份二氧化钛/聚合物混合分散液和1份紫外线屏蔽剂。
二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1：20的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的二氧化钛，紫外线屏蔽剂采用氧化锌。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
所述的步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将二氧化钛加入到溶剂中，混合均匀，得混合液，然后往混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
对比例3(一次性混料)
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆，包括电缆基材和设置于电缆基材表面的绝缘疏水层，所述的绝缘疏水层包括以下重量份数的原料：22份二氧化钛/聚合物混合分散液和1份紫外线屏蔽剂。
二氧化钛/聚合物混合分散液由质量比为1：1：20的二氧化钛、聚合物粘结剂以及溶剂制得。
二氧化钛包括粒径为1-5μm的第一粒径二氧化钛和30-50nm的第二粒径二氧化钛。
紫外线屏蔽剂采用氧化锌，溶剂采用乙酸乙酯，聚合物粘结剂采用氟树脂。
一种高强度防覆冰架空绝缘电缆的制作工艺，包含以下步骤：
步骤一：将紫外线屏蔽剂加入二氧化钛/聚合物混合分散液中，混合均匀，制得疏水涂料；
步骤二：将步骤一中的疏水涂料涂覆在电缆基材表面，干燥固化，制得防覆冰架空绝缘电缆，其中，干燥固化温度为120℃。
所述的步骤一中，二氧化钛/聚合物混合分散液的制备工艺具体为：将第一粒径二氧化钛和第二粒径二氧化钛同时加入到溶剂中，混合均匀，得混合液，然后往混合液中加入聚合物粘结剂，混合均匀，制得二氧化钛/聚合物混合分散液。
测试方法：
(1)接触角测试：将上述各实施例中所得的疏水涂层表面进行疏水性能测试，用5μl去离子水滴于表层表面，用接触角测定仪(krussdsa100)进行测试，选取5个不同的测试点取其平均值。
(2)拉伸强度测试：字啊用电力电缆拉伸强度测定仪进行测试。
(3)疏水性的稳定性能测试，在将实施例1-6及对比例1和2在模拟紫外线照射测试，在254nm的紫外灯照射试样表面3h，测其接触角。
表1为试样进行紫外灯照射前后的疏水性能测试值
从表1可以看出，在进行紫外灯照射实验前，实施例1-6的接触角高于对比例2，主要是对比例2中没有采用两粒径段的二氧化钛，从而影响了其疏水效果，主要原因是实施例1-6采用两粒径段的二氧化钛，制得的绝缘疏水层的表面具有微米级的突起、纳米级粒子和微孔，这些微米级的突起、纳米级粒子和微孔形成一个表面不平的粗糙结构，这个粗糙结构是由不同大小的二氧化钛粒子本身所引起。这就意味着这个绝缘疏水层具有微纳米级的二元粗糙结构，由于这些微-纳米结构的突起和微孔的存在，在经过低表面能物质(聚合物粘结剂)修饰后，液滴并不能填满粗糙表面上的凹槽，在液滴下面将会有一定量的空气被封闭在微孔中，形成空气垫，从而构成气固复合接触表面，使绝缘疏水涂层具有了与荷叶相似的超疏水性能，即提高了其防覆冰性能；实施例1-6试样的接触角高于对比例3，说明实施例1-6的疏水性能高于对比例3，主要是由于实施例1-6中先将第一粒径二氧化钛溶于溶剂中，此时，较大粒径的二氧化钛均匀的分散在溶剂中，然后再加入较小粒径的二氧化钛，一方面能够避免较小粒径混合时容易产生的团聚，另一方面，先大粒径的二氧化钛均匀分布后在加入小粒径的二氧化钛，不同粒径的二氧化钛在疏水层表面形成的二元粗糙结构更加均匀，也提高了其疏水性。
而在进行紫外灯照射实验之后，对比发现，实施例1-6试样的疏水性能与照射紫外线之前的疏水性能相差不大，说明稳定性好，而对比例1的试样，紫外线照射前后疏水性能变化较大，即疏水性能大大减弱，主要是由于二氧化钛是光敏材料，在紫外光的照射下，二氧化钛表面生成光生孔穴，光生空穴与晶格氧作用在二氧化钛表面形成氧空位，氧空位与空气中存在的水分子发生配位反应，氧空位可以吸附空气中存在的水分子生成oh自由基，通过氢键oh自由基对空气中的水分子产生物理吸附，因而在氧空位处产生了亲水区域，因为亲水区域的尺寸非常小，与水滴的尺寸相比要远小于水滴的尺寸，所以，通过二维的毛细管的作用，水滴在薄膜表面很快的铺展，从而减弱了疏水性能，而实施例1-6中加入的紫外线屏蔽剂不仅减弱了紫外线对绝缘电缆的老化作用，还能够有效避免紫外线对二氧化钛的光敏作用，从而提高其疏水性能的稳定性。实施例1-6试样疏水性能的优越性，从而使得绝缘电缆在寒冷冬天时的抗覆冰性能大大提高。而且还实施例4-6中进行的非镜面处理，使得该绝缘电缆表面没有镜面效果，能够在特殊环境下，由此消除或减少架空电缆线朝向飞机或其它航空设备的光反射。
同时将实施例2和对比例0进行在30℃下进行拉伸强度测试，测试值分别为135mpa(实施例2)和75mpa(对比例0)，实施例2采用的铝合金材质作为导体，强度高，适于架空绝缘电缆。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。