防覆冰涂料的研究进展

1 概述自然环境中常见的结冰、结霜现象会给交通运输、电力输送等行业带来极大影响。

截至2015年末，中国铁路营运里程达到12万km，其中高铁1.9万km，位居世界第一。

随着高铁运营里程的不断增长，北方冬季动车组转向架底部结冰问题凸显。

现场调研发现，高速动车组结冰主要集中在车底转向架上的连杆、牵引拉杆、减振器和制动夹钳等部位。

结冰后，构件的相对运动受到限制，丧失部分功能，严重影响行车安全。

目前，各铁路局都是待动车组回动车所后统一除冰。

动车所常用的除冰方法有暖库融冰、高压水枪冲洗和机械敲击等。

车底结冰不严重时，一般采用暖库融冰的方式，即动车组在暖库内停留一段时间待冰雪自行融化；结冰严重时则需使用高压水枪冲洗和机械敲击结合的方法除冰。

1列8辆编组的CRH380B型动车组结冰严重时通常需20多人连续除冰作业3 h，人力和物力的消耗很大。

因此，无论是动车组生产方还是使用方，都急于找到一种动车组车底转向架的防冰方法，延缓转向架关键部位结冰或降低结冰附着力，缩短除冰作业时间，保证动车组的运营安全。

动车组转向架的防冰措施可以分为主动防冰和被动防冰2种。

主动防冰可以对转向架结构进行改造，增加可以加热的部件对易结冰部位进行加热融冰或在易结冰部位周围增加防冰液喷洒装置进行喷洒防冰，但这种方式可能会影响车底空气动力学，需进行大量计算机模拟仿真和动力学试验。

被动防冰相对简单易行，主要是指涂料防冰，即利用特种涂料的物理或化学作用，使冰融化或减小冰与转向架表面的附着力[1-3]。

目前，涂料无法高速动车组车底防冰涂料探究赵云行：中国铁道科学研究院，硕士研究生，北京，100081李紫千：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081陈 梦：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081胡仕凯：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，助理研究员，北京，100081马运章：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，工程师，北京，100081李 柱：中国铁道科学研究院金属及化学研究所，副研究员，北京，100081摘 要：高速动车组冬季运行遇到降雪时，转向架底部常常会附着一定厚度的冰层，给铁路运输安全带来隐患。

隧道除冰涂层的研究近年来，由于城市交通越来越发达，隧道的数量和长度也在不断增加。

在冬季，隧道内壁与外部环境温差大，容易结霜和积雪，对行车安全造成了很大的隐患。

为减少这种隐患，除雪工作成为了必要且频繁的工作。

然而，传统的除雪方式还存在一系列的问题，如除雪费用高昂、除雪的效率低下、对环境造成污染等问题。

因此，隧道除冰涂层的研究成为了学者关注的热点问题。

一、隧道除冰涂层常用的材料和涂层类型1. 材料隧道除冰涂层的材料可以分为两大类：一类是有机材料，包括各种高分子材料、天然胶粘剂、环氧树脂等；一类是无机材料，包括陶瓷、混凝土、水泥、玻璃等。

其中，以环氧树脂为基础的有机材料和混凝土为基础的无机材料应用较为广泛。

2. 涂层类型根据涂层的不同特性，隧道除冰涂层主要分为下列几类：（1）超疏水涂层超疏水涂层由于具备良好的防结霜性能，近年来受到广泛关注。

它的原理是将材料表面的接触角控制在150度以上，使得水在材料表面几乎无法附着，从而实现防止结霜的效果。

（2）自清洁涂层自清洁涂层是在表面引入多孔性岩石结构或表面铺有一层氧化钛等催化剂后，能利用自然的紫外光线和空气中的水蒸气对污染物进行分解和氧化，保持其表面的清洁，从而实现隧道除冰的效果。

（3）光催化涂层光催化涂层是在涂层中添加一定的氧化钛等催化剂，在光照下催化材料表面分解硝酸盐类物质，从而达到除冰的效果。

此涂层不仅具有除冰效果，而且对于污染物的抑制效果也非常显著。

（4）薄膜涂层薄膜涂层是利用分子层蒸镀或化学沉积等方法，将一层薄膜涂覆在隧道壁面上，使得隧道墙面具有良好的防结霜和抗污性能。

1. 防结霜性能隧道除冰涂层首先要具备优异的防结霜性能。

在细小的结冰点上形成微小水滴的现象，使得水在隧道壁面“跳跃”而不会附着，从而避免结霜的现象。

2. 高耐久性能隧道除冰涂层需要具备高耐久性能。

涂层应具有防水、防潮、防腐蚀和抗老化等性能，且经久耐用，不易破损和脱落。

3. 抗污性隧道除冰涂层还应具备良好的抗污性能。

1研究风机叶片防覆冰技术的目的和意义随着当前二氧化碳排放、酸雨、能源短缺等问题的日益加剧，风能作为一种干净的可再生能源，不存在常规能源所无法回避的环境污染问题，其已被世界各国所普遍关注与优先发展。

我国具有广阔的草原和漫长的海岸线，风能资源储备非常丰富。

然而丰富的风资源基本分布在冰天雪地北方以及湿气非常大的沿海地带，环境极其恶劣。

风力发电风机在摄氏零度以及零度以下低温条件下运行时，如果遇到潮湿空气、雨水、盐雾、冰雪，特别是遇到过冷却水滴时，就会发生冻冰现象。

风机叶片覆冰后，会产生很大的危害。

（1）叶片覆冰后就会产生较大的冰载，影响叶片的寿命，而且加载在每个叶片上的冰载不尽相同，使得机组的不平衡载荷增大，若继续运行，对机组产生非常大的危害，若停机，长年处于低温地区的机组利用率大大降低；（2）风机叶片覆冰后，由于叶片每个截面覆冰厚度不一，使得叶片原有的翼型改变，大大影响风电机组的载荷和出力，使得风机的发电效率大打折扣；（3）叶片表面覆冰后，随着温度升高，冰块就会脱落，会对机组和现场人员造成很大的安全隐患。

在我国，风电机组大多安装在长年冰雪环境极其恶劣的北方，以及湿气盐雾较严重的沿海地带，如果叶片结冰，不仅机组出力差，利用率低，而且还时刻危及机组及现场作业人员的安全，因此开展预防风机结冰新技术研究具有重要的现实意义。

2风机叶片防覆冰技术的基础理论研究首先在研究风机叶片覆冰之前，有必要先研究一下水与冰之间的联系。

水，有一个很重要的物理特性就是在温度为摄氏零度时它会由液态变为固态，这就是通常所说的结冰。

然而，大量的气象观测结果表明，在自然界确实也存在过冷却水。

所谓过冷却水，就是指在负温以下仍未冻结的液态水。

在云中，水滴却常常在-10℃，甚至在-30℃的低温条件下仍可能以液态水的形式存在。

过冷却水为什么能在极低的负温下存在？其原因可归纳为：2.1溶液的冰点低从云的形成原理可知，云中的液滴是由水蒸汽凝结在可吸湿性的凝结核上形成的。

风电机组叶片防覆冰技术研究分析摘要：随着社会的进步，我国的风力发电也在迅猛发展，风力发电的装机容量已经到了2.1亿千瓦，是我国发电机容量的9.7％，但是，还存在一些影响因素，致使风机发电量损耗了近277亿千瓦时。

本文通过对风电机组叶片的防覆冰技术进行仔细的研究，对风电机组叶片产生的不利因素分析并制定出了解决措施。

关键词：风力发电；覆冰现象；解决方案1风机叶片覆冰概述及实例分析风机叶片在冬季会有冰冻的现象，这种现象会在0℃以下出现，尤其是遇到潮湿的空气、雨雪天气或是冷却水滴等情况会更严重，寒冷天气的风速是由低到高之间的转换，在这期间风机叶片会结冰，导致风机叶片负重运行，输出降低。

1.1风场环境及实例分析在2019年，某风电场区域出现了雨夹雪，天气十分恶劣，平均风速达到了10m/s，室外温度在零下摄氏度，当晚的值班人员发现几台风力发电机正常连接到电网并以10m/s的风速发电时，出现了脱机并接连待机的情况。

监控的画面没有显示出故障。

1分钟后自动启动，然后脱离并待机；检查其他风机参数，尤其是振动和风速的运行是否正常；值班人员又发现了其他风力发电机先后出现了类似的现象，风力发电机功率与风速不相符，初步判断风机叶片出现了覆冰。

为了防止覆冰对风电机组造成伤害，所以将叶片冰覆风机一一关闭，以保证风电机组在极端严寒天气正常运转。

后来气温在逐渐回升，风机的覆冰现象有所好转，冰雪开始慢慢融化，管理人员在路边做好了防范措施，设置醒目的警告标志，在检查风机没有任何异常后全部正常运行。

1.2风场覆冰叶片影响覆冰现象发生后，应急处置果断，风机停运，人、机均未造成损伤，但受此次覆冰现象的影响，造成了240万kW·h电量的浪费。

2风机叶片覆冰危害风场覆冰现象究其原因，可以发现叶片覆冰的危害主要有以下几点：2.1人身安全在风轮旋转过程中，覆冰的叶片会掉在叶片表面，对居民的人身以及财产安全有一定的威胁，尤其是在道路和居民区附近，这更可能引起事故。

南极抗冰蚀防污涂层的研究与应用南极是地球上最寒冷、最干燥、最无人区域之一，也是我们认识自然、探求未知的宝贵场所。

然而，随着人类科学技术的发展和南极旅游的兴起，南极的生态环境受到了越来越大的威胁。

其中，南极的抗冰蚀防污涂层的研究与应用是非常关键的一环。

一、南极气候对涂层的要求南极属于寒冷、高纬度地区，年平均气温约为-49℃，气候条件严酷，大气环境复杂。

在此条件下，涂层必须具备以下特点：1、耐低温性能好：涂层需要具有良好的低温性能，应不断优化涂料配方，增加涂层的含固量和固化剂的含量，提高涂层的耐冰蚀性能，延长涂层的使用寿命。

2、防老化性能好：南极地区的紫外线较强，涂层需要具有强的抗紫外线性能，同时还要考虑酸雨等不利环境因素的影响，应选用高分子材料作涂层基料，配以适当的颜料和添加剂。

3、防污性能好：南极地区缺乏降水，容易积累大量灰尘、沙粒等污染物，因此涂层应具有良好的防污性能，在涂层表面覆盖一层防污剂，可有效减少涂层的污染程度。

二、涂层的研究现状南极涂层的研究一直是热点问题。

目前，国内外已有很多涂层研究单位针对南极气候研制出了不少优秀的涂料。

例如我国南极科学考察队研制的“冰可伦”牌防腐漆，在南极站使用效果显著，使用寿命较传统涂料提高了约30%。

同时，南极科学考察队与国家海洋局南极考察办公室联手，采用微胶囊技术研制了一种适用于南极机械设备的特种涂料，可以在极寒条件下保持涂层的柔韧性和防腐效果，有效提高设备的使用寿命，并取得了很好的效果。

除此之外，海大工程塑料研究所、德国腾飞集团等企业也在南极涂层领域开展了深入的科研工作，不断推动着南极涂层的研究与应用。

三、南极涂层的应用前景南极涂层的应用前景广阔。

目前，除了在南极科学考察基地外，南极旅游已成为一种时尚，越来越多的游客前往南极旅游，产生了直接或间接的对南极环境的影响。

因此，严格控制涂层对南极环境的影响，提高涂层的环保性和可持续性是非常重要的。

此外，南极科学考察队还计划在南极附近的其他寒带地区开展岩石、冰盖等探测研究，南极涂层的研究和应用也将陆续得到推广和应用。

航空长效疏水防冰涂层研制及应用航空长效疏水防冰涂层研制及应用，是一个听起来挺高大上的话题，实则和我们平时的生活离得并不远。

你想，飞机起飞后在空中飞驰，遇到冰雪天气怎么办？如果机身上结了一层厚厚的冰，那可真是麻烦大了。

谁也不想坐的飞机在半空中“变成冰雕”，对吧？冰雪一堆，飞机的动力、操控、飞行安全都会受到影响。

可见，这个看似“高大上”的技术，其实跟每个人的安全息息相关。

更巧的是，这种看似复杂的科技背后，居然有一个简单的解决办法，那就是：疏水防冰涂层！咱们得弄清楚到底什么是疏水防冰涂层。

简单来说，它就是一种能够让水珠和冰雪在飞机表面迅速滑落的涂层，简直像是给飞机穿上了一层“防冰防水”的超级“外套”。

你想象一下，如果飞机表面光滑得像镜子一样，水珠一碰就滑掉，不会在上面停留，也不会积攒成冰。

不管外面天气如何，飞机的机身始终保持干净清爽，安全性大大提高。

是不是觉得这技术简单又神奇？不过，这个“神奇外套”的研制可不简单。

你得考虑飞机的机身材质、飞行过程中可能遇到的各种极端天气、涂层的耐久性，甚至飞机在高空高速飞行时的气流冲击。

普通的涂层根本承受不了这种挑战。

想象一下，你穿了一件漂亮的外套，走在风雪中，结果一阵大风就把外套吹破了，那可就尴尬了。

而这层疏水防冰涂层，不仅要对抗风雪的攻击，还得能够在高压、高速的环境下不掉链子。

最有趣的部分是，这种涂层不仅防冰，还能有效地排水。

它的“水珠滑落”效果好得让你不敢相信。

大家知道，水珠在飞机表面形成的瞬间，速度可是极快的，防冰涂层的设计目标就是让这些水珠像小滑梯一样快速滑走。

水珠在表面停留太久，就有可能结冰，结冰一旦发生，飞机的飞行性能就会大打折扣。

而这种涂层就像是给飞机加了一层“保鲜膜”，让水珠和冰雪都无处可待。

你可能会好奇，这种涂层是不是很难清洗？其实不然。

研究人员在开发涂层时，充分考虑到飞机需要定期维护的实际情况。

涂层不仅能防冰，还具备很强的自清洁功能。

别小看这点，很多复杂的航空器材都面临着维护困难的问题。

疏冰防冰涂料对比疏水防冰涂料工作原理及技术优势浅析传统的防覆冰手段通常有溶液防冰、机械除冰、热能除冰等，而这些手段的实施有一定难度，并且要耗费大量的人力物力，效果可能还达不到理想预期效果。

人们开始慢慢意识到，利用涂层防冰这一更为简便维护方便的方法，本文浅析疏冰防冰涂料防结冰涂层工作原理及技术特点。

部分区域因冬天日照时间长，结冰后会自然消融，但如一些北方区域在风机叶片结冰后，设备上依然留存大量的结冰，当机组结冰比较严重时，将会导致风电场电量突然下降，同时因叶片结冰后会引起载荷增加，直接影响叶片寿命，结冰严重时机组不能不脱网停机，这对于风电的正常运营来说是一场灾难性的事故。

大连义邦：某型号疏冰防冰涂料防结冰涂料，自2016年就在加拿大拉克·阿尔弗雷德·风场经过长达5年以上的测试，此防覆冰涂料是专门为风电市场新建和改造项目而研发的具有强大防结冰或抗结冰能力的专业配方涂料，由环氧-硅氧烷混合物组成，其主要性能是防止冰在风机叶片表面累积，弥补了疏水类涂料表面在受到雨水冲击时形成的微观结构损伤，同时也是一款强耐候性涂料，具有出色的防结冰、抗结冰、耐磨损、防紫外线、防潮湿等特性，随风机运转会快速脱落。

涂层防冰是利用特种涂料的物理化学作用，使冰融化或者减小冰与基材表面的亲和力，从而让冰主动或被动的掉落。

目前主流的防覆冰涂层一般有两种：1、利用涂层的低表面能减小与冰的亲和力；2、从涂层中挥发出超低冰点的有机小分子降低界面的冰点。

第1种较为传统的疏水涂料，疏水防水防尘还可以，一旦结冰后，形成范德华力后除冰效果逐渐减弱，使用寿命短；而第2种，高ARF粘附力减少因子防冰涂料，2003年由国际防结冰材料实验室(AMIL)率先提出粘附力减少因子(ARF)，目前(CAT)离心冰粘附试验普遍受到全球防冰材料机构的认可，所以CAT成为了一种较为认可的测量防冰涂料评价试验与粘附力）降低系数测试，通过计算ARF可以得出更可靠精准的冰粘附值数据。