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固體、鹽溶液表面張力測量及與其在潔凈硅橡膠表面接觸角的關(guān)系研究（二）
來源：電瓷避雷器 瀏覽 639 次 發(fā)布時間:2025-07-11
1.2試驗材料準(zhǔn)備
在本次試驗中準(zhǔn)備5種不同濃度的NaCl鹽溶液、2種混合種類鹽溶液和4種CaSO4與NaCl配比的鹽溶液作為液體表面張力和鹽溶液在潔凈表面上的接觸角測試的試品。
在表面化學(xué)理論中，當(dāng)絕大多數(shù)無機(jī)鹽作為溶質(zhì)時，溶液濃度提高，液體表面張力增大。為了模擬水在不同鹽密的污層表面吸收鹽分的情況，近似認(rèn)為相同體積的液滴在不同污層表面的底面積相同并完全吸收底面積范圍內(nèi)的鹽分，該底面積統(tǒng)一選用2μL的水在潔凈表面上的底面積大小為0.025 cm2，再換算至0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mg/cm2的5種鹽密表面上的液滴濃度，分別為：0.0107、0.0214、0.0427、0.0641、0.0855 mol/L。
結(jié)合電力系統(tǒng)線路運(yùn)行環(huán)境，對自然污穢分布和種類進(jìn)行研究，得到兩份混合成分鹽溶液的離子成分配比，配置溶液的含鹽質(zhì)量與濃度為0.021 4 mol/L的50 mL的NaCl鹽溶液相同。第一份模擬的是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)交通繁忙路段附近的典型污穢成分，選用的鹽為：NaNO3、KCl、NH4Cl、CaSO4，其相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為17.68：3.35：5.19：54.54；第二份模擬的是火電廠、煤礦和焦化廠等工業(yè)區(qū)附近典型污穢物成分，選用的鹽為：NaCl、KCl、NH4Cl、CaSO4、MgSO4，相應(yīng)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為：74：10.6：2.98：66.34：2.1。
由于CaSO4是很多工業(yè)生產(chǎn)過程中的原材料或者是副產(chǎn)物，因此分析CaSO4成分的變化對于研究污層表面憎水性的變化有極大的意義。配置4份不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例的NaCl和CaSO4鹽溶液，配置的溶液的含鹽質(zhì)量與濃度為0.0214mol/L的NaCl鹽溶液相同，配比選擇為1：1、2：1、5：1、10：1。
憎水角測量所用的硅橡膠試片的尺寸為100 mm×100 mm×5 mm。試驗中為了保證試片處于相同環(huán)境中，用清水對試片進(jìn)行清洗，并用酒精擦拭后用無紡布擦干。本試驗中的涂污方式采用固體層法中的定量涂刷法，根據(jù)IEC規(guī)程中的污層分級設(shè)置，選用灰密為0.5、3mg/cm2，鹽密值選用0.05、0.1、0.2 mg/cm2，分別代表污穢程度為“中、重、非常重”的污穢等級。涂污之前先進(jìn)行打灰處理，再將污液均勻涂抹在試片上。將涂污后的試片和潔凈試片放入相同環(huán)境中，如圖2所示。
本研究在憎水角測試儀中測量液滴的靜態(tài)接觸角，測量選用的液體體積為2。在相同的環(huán)境下每種液體在每種表面上分散測量12個點，取平均值。
圖2不同污層染污情況
2鹽溶液表面張力與其在潔凈硅橡膠表面接觸角的關(guān)系
2.1 NaCl鹽溶液表面張力和接觸角的關(guān)系
選用1.2節(jié)中準(zhǔn)備的潔凈硅橡膠試片和5種NaCl鹽溶液，利用懸滴法測量液體表面張力，并測量其在潔凈硅橡膠表面的接觸角。
鹽溶液的濃度、表面張力和測量的靜態(tài)接觸角的結(jié)果如表1所示。圖3為空白組和五種鹽溶液的摩爾濃度和接觸角的關(guān)系曲線。
結(jié)果表明，隨著鹽溶液濃度增大，鹽溶液的表面張力增大，且表面張力的增大呈逐漸飽和趨勢。隨著鹽溶液濃度增大，鹽溶液表面張力增大，其在潔凈硅橡膠表面上的接觸角也增大。
因此，對于NaCl鹽溶液，當(dāng)溶質(zhì)的濃度發(fā)生變化時，鹽溶液的表面張力和其在潔凈表面的接觸角的變化規(guī)律較為一致，同時對比表1和圖3中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在濃度變化區(qū)間較小的范圍內(nèi)，NaCl鹽溶液的摩爾濃度和表面張力的數(shù)值關(guān)系是近似直線的。
2.2多種混合鹽溶液配方的表面張力對其在潔凈硅橡膠表面接觸角的影響
根據(jù)1.2中試驗準(zhǔn)備材料中的兩份多種鹽溶液配方和四種CaSO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比的鹽溶液，分別測量鹽溶液的表面張力和其在潔凈硅橡膠表面的接觸角。
通過數(shù)據(jù)的對比，選擇的鹽配方的液滴的含鹽質(zhì)量與NaCl液滴的含鹽質(zhì)量相同，多種成分的鹽溶液液體表面張力有微小降低，接觸角有略微的升高。
對于四種CaSO4和NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比鹽溶液在潔凈硅橡膠表面的接觸角的變化規(guī)律，由于總含鹽質(zhì)量不變而CaSO4的摩爾質(zhì)量比NaCl大，因此當(dāng)CaSO4的比例較小時，混合鹽溶液的摩爾濃度比NaCl鹽溶液的摩爾濃度更小，因此混合鹽溶液的在潔凈硅橡膠表面的接觸角比NaCl鹽溶液的接觸角較小。而隨著CaSO4的比例提高，混合鹽溶液的表面張力增大，鹽液滴在潔凈硅橡膠表面的接觸角升高。
因此，對于NaCl與CaSO4的混合鹽溶液，CaSO4的含量增加，鹽溶液表面張力增大，其在潔凈表面的接觸角也增大，兩者變化規(guī)律一致。