Fremdschichtverhalten nanostrukturierter superhydrophober Isolierstoffoberflächen unter simultanen elektrischen und klimatischen Beanspruchungen

Wu, Junliang; Schnettler, Armin

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-26872

Fremdschichtverhalten nanostrukturierter superhydrophober Isolierstoffoberflächen unter simultanen elektrischen und klimatischen Beanspruchungen = Pollution performance of nanostructured superhydrophobic insulating surfaces under simultaneous electrical and climatic stresses

Wu, Junliang

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Junliang Wu

ImpressumAachen : Mainz 2009

UmfangII, 110 S. : Ill., graph. Darst.

ReiheAachener Beiträge zur Hochspannungstechnik ; 7

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zsfassung in engl. und dt. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-12-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-26872
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59165/files/Wu_Junliang.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Hochspannungstechnik (614210)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektrische Isolierung (Genormte SW) ; Hydrophobie (Genormte SW) ; Fremdschicht (Genormte SW) ; Nanostruktur (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Superhydrophobie (frei) ; Multi-Stress-Bedingungen (frei) ; superhydrophobicity (frei) ; multi-stress (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Polymere Isolierstoffe können einen deutlich ausgeprägten Selbstreinigungseffekt („Superhydrophobieeigenschaft“) erlangen, wenn auf ihrer Oberfläche eine bestimmte nanostrukturierte hydrophobe Schicht aufgebracht wird. Derartige Materialien sind für den Einsatz in der elektrischen Isoliertechnik interessant, da aufgrund der ausgeprägten Unbenetzbarkeit ein Abperlen von Wassertropfen und damit verbunden eine Entfernung sonstiger Fremdpartikel auftritt. Somit ist eine Verbesserung des Fremdschichtverhaltens unter elektrischer Beanspruchung zu erwarten. Die vorliegende Arbeit behandelt sowohl das Kurzzeit- als auch das Langzeitverhalten derart modifizierter, superhydrophober Isolierstoffoberflächen, die gleichzeitig elektrischen und klimatischen Belastungen ausgesetzt sind. Ausgehend von ihren Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Betriebsmitteln ist es dabei besonders wichtig, die auftretenden Schädigungsmechanismen unter Freiluft- und erschwerten Innenraumbedingungen genau zu kennen, abhängig von den Alterungsfaktoren, die in ihrer separaten oder komplexen Wirkung betrachtet werden müssen. Einen weiteren Schwerpunkt stellt die Implementierung geeigneter Belastungs- und Diagnoseverfahren dar. Zur Untersuchung des Alterungsverhaltens von superhydrophoben polymeren Isolierstoffoberflächen unter den kritischen Betriebsbedingungen werden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Prüfverfahren, wie Kaltnebeltest, modifizierter Rad-Tauchtest und Betauungstest an entsprechenden Modellprüfkörpern durchgeführt. Hierbei werden Multi-Stress-Belastungen, d.h. eine Kombination aus Feuchtigkeit und elektrischen Feldern, nachgebildet, ohne die realen Alterungsmechanismen zu verändern. Im Anschluss daran werden die gewonnenen Messergebnisse ausgewertet und diskutiert, um eine integrale Aussage über das Verhalten nanostrukturierter superhydrophober Isolierstoffoberflächen zu treffen. Basierend auf den bisherigen Erkenntnissen gewinnen die Superhydrophobieeigenschaft und deren Beständigkeit insbesondere bei der Einschätzung der Lebensdauer der betroffenen Materialien an Bedeutung. Die Prüfkörperoberflächen, die mit Hilfe von beschleunigten Prüfverfahren gealtert wurden, sind unter Berücksichtigung der Veränderung des Oberflächenzustands zu charakterisieren. Dazu sollen die Oberflächenanalysen wichtige Informationen über die Veränderungen der Oberflächenstruktur liefern. Darüber hinaus wird in der Arbeit das entstehende phänomenologische Modell zur Beschreibung des Alterungsvorgangs der modifizierten superhydrophoben polymeren Oberflächen erweitert.

Polymeric insulating materials can exhibit a significant self-cleaning effect (superhydrophobicity) after their surfaces are treated by a naonstructured hydrophobic layer. These housing materials are of great interest for an application in electrical insulation systems, because water droplets, along with the possible contaminations, can be removed from the surface in the presence of such extreme unwettability. As a result, an enhancement of pollution behaviour under electrical fields is expected. This thesis describes the short- and long-term performance of superhydrophobic insulating surfaces, which are usually exposed to simultaneous electrical and climatic stresses. According to their application in different equipment, it is of fundamental importance to examine the mechanisms of degradation under outdoor and indoor conditions, depending on the influencing factors, which need to be taken into account either separately or simultaneously. The implementation of relevant test procedures plays also a key role in this work. In order to investigate the aging behaviour of the superhydrophobic polymeric surfaces under critical operating conditions, the specimens are subject to a number of accelerated aging tests like clean fog test, modified rotating wheel dipping test and condensation test. The multiple stresses, consisting of humidity and electrical field, are simulated during these tests, allowing for real aging mechanisms. Thereafter, the results are evaluated and discussed for achieving an insight into the characteristics of the superhydrophobic insulating surfaces. Based on previous findings, the superhydrophobicity and its durability have a considerable effect on the life span of the polymeric materials concerned. The specimens are characterized according to their surface conditions. Furthermore, the surface analysis demonstrates the change of the surface structures. Finally, the models of the surface degradation are extended in the event of superhydrophobicity.

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