0 前言

严重的雨雪、冰冻灾害，使输电线路覆冰，导致导线舞动、断线、杆塔倒塌以及闪络等机械和电气事故，给人民生活和社会经济造成重大的损害。因此，分析输电线路覆冰的原因，从源头上开发出相应的防覆冰和除冰技术，已成为全世界共同关注的课题。对输电线路的冰雪灾害，应以防为主，在雪冻恶劣气候条件下，防止输电导线结冰，可以减少除冰作业，节省人力和物力。输电线防结冰技术领域的许多研究中，于输电导线表面涂覆防覆冰涂料是有效措施之一。将防覆冰涂料涂覆在输电导线表面，可以抑制或缓解输电线路表面覆冰的形成和增长，引起研究人员的广泛关注。本文就当前国内外防覆冰涂料的研究现状进行了综述。
 

1 防覆冰涂料

1.1 电热型防覆冰涂料

电热型防覆冰涂料通过在涂料中添加导电填料，使涂层具有半导电性质，涂层内部流过的微小泄漏电流将会产生焦耳热、场效应热等，使涂层表面温度升高，从而有效抑制涂层表面覆冰。清华大学在防冰材料开发方面，提出了憎水性和发热性相结合的防覆冰材料。许志海等采用一种结合了憎水性和表面发热特性的半导电材料应用于绝缘子串表面，研究了憎水性叠加发热性的表面对覆冰过程的影响，结果表明该种防冰涂料可有效防止覆冰的形成。彭向阳等提出一种基于电热效应和冰水开关原理的输电线路绝缘子防冰涂料，通过在RTV硅橡胶涂料中加入了可调节涂料电阻率的成分，当绝缘子覆冰时，可使涂层中有一定的泄漏电流流过，发挥电热效应，有效阻止冰层在绝缘子表面的形成。且该涂料在非覆冰期泄漏电流较小、基本无损耗，污闪电压也高于无涂料绝缘子。Liao Weiyan[6]等通过在RTV中添加炭黑或碳化纤维形成半导体RTV涂层，研究表明在一定低温条件下，涂覆涂层的绝缘子表面覆冰量较未涂覆的绝缘子少，但是在较低温度下，两者的覆冰差别不大。由于电热型防覆冰涂料表面主要依赖于半导体的发热来达到防覆冰的效果，在低温气候条件下，物体的热量容易丧失，导致表面温度降低。为了达到防覆冰的作用将需要较大电流产生热量，所需的能耗较大。

1.2 光热型防覆冰涂料

光热型防覆冰涂料通过在涂料中添加具有吸光性能的颜料，大限度提高涂料对不同光谱的选择性吸热率，降低光的反射率，达到吸收太阳光能量防止涂层表面覆冰的效果。胡小华[7]等制备了疏水防冰涂料，采用的基料为改性的硅溶胶-苯丙乳液，颜料为吸光性能良好的FeMnCuOx，对所制备的涂料进行了性能检测，研究表明这种涂料具有一定防覆冰性能，在-20～0 ℃和较高相对湿度的实验室条件下有减缓铝线表面结冰的作用，同时该涂料还具有较好的结合力和耐候性。Boris Kidric Inst.采用有机炭黑和SiO2混合体作发射体，提高了光谱选择性，但是传热和保温效果不是很好。美国Martin公司采用F-6331铁黑作发射体，水玻璃作成膜物，膜的吸收率提高，然而憎水性能不是很佳。由于光热型防覆冰涂料依赖于对太阳能的吸收，在持续阴雨、雨雪的天气时，特别是在覆冰严重的晚上，涂层表面将不能获得足够的热量，防冰效果会大大降低。

1.3 融冰型防覆冰涂料

融冰型防覆冰涂料通过降低冰的熔点使覆冰融化，从而达到防覆冰的作用。它对金属基体有很好的黏附力、较高的热传导性和光谱吸热性，其外层表面具有低表面张力、高憎水性和降低融冰温度的性能。黄硕通过加入有机金属化合物溶胶对具有良好疏水防污性能的PRTV涂料进行共混改性，制得遇水分解而在大气环境中稳定的融冰型防覆冰涂料。该溶胶能均一地分散在PRTV涂料中，所制得融冰型防覆冰涂料具有较优良的融冰性能，而且具有长效性，经历至少3次覆冰融冰试验后仍具有融冰效能。张锐等通过筛选有机小分子与金属离子反应制成有机金属化合物溶胶，该溶胶能降低水的固-液相转变温度，将有机金属化合物以一种溶胶态分散在PRTV涂料中制备融冰型防覆冰涂料。研究表明：制备的融冰型防覆冰涂料可将水的冰点温度由0 ℃降至约-4 ℃，并能使垂直白铁片试样上的覆冰在9 h后完全脱落，融冰和除冰效果明显。目前，融冰型防覆冰涂料由于降低的融冰温度有限，所以还需要对其进一步研究，使融冰温度进一步降低。
1.4 憎水型防覆冰涂料

基于前3种防覆冰涂料存在的问题，研制一种憎水防冰功能涂料是解决输电线路冰雪灾害的可行途径。这种涂料对电线金属基体有很好的结合力和热传导性，并且其外层表面具有低表面张力、高憎水和憎冰性能，大限度地降低水和冰的附着力，使其极易脱落，从而达到防覆冰的目的[11]。如今使用的憎水型涂料主要有有机硅类、有机氟类、仿荷叶效应的超疏水类等。

1.4.1 有机硅类及其改性憎水型防覆冰涂料

硅油作为有机硅类涂料的一种，它具有低表面张力、高绝缘性、低挥发性、耐候性好等优点，在防水、防冰、防污、防雾等功能性涂料制备方面具有较好的应用前景。如果将其制成硅油微/纳米胶囊，可以延缓硅油的释放速率，从而延长涂层的使用寿命。庞宏波等采用细乳液技术制备了以二氧化硅为壳层的硅油微胶囊乳液并将其与丙烯酸乳液和颜填料复合制备水性防覆冰涂料，考察了硅油微胶囊含量和颜基比对涂层老化前后的水接触角和覆冰附着力的影响规律。研究发现，在硅油含量为4.2%、颜基比为5.0时，涂层的防覆冰性能佳。

Wearlon Super F1-Icephobic公司制备了室温固化的水性双组分憎冰涂料，采用环氧有机硅为主体成膜物质，涂层具有低表面能，但该涂层耐刮擦性差，主要用于铁塔、屋顶边缘等不经常受到损伤的部位。美国波音公司采用含异氰酸酯基团的化合物对有机硅树脂进行改性，获得金属基材附着力好的防覆冰涂料。美国Microphase Coatings公司采用有机硅树脂与环氧树脂复配形成互穿网络的涂料，该涂料具有很好的防覆冰效果，在经过加速老化(刮擦、热老化、湿老化以及盐雾)，仍保持较好的防覆冰效果，并且具有很好的耐老化和耐候性功能。

1.4.2 有机氟类及其改性憎水型防覆冰涂料

龚宇清等将经过偶联剂处理的纳米SiO2-x高速搅拌使其均匀分散在氟化有机硅树脂中，所得的材料存在纳米与微米相结合的双层微观阶层结构，具有超疏水性能。研究表明涂层能降低覆冰层与基体的黏结力，冰与导线脱冰力矩也明显降低。马丽等以金红石型纳米TiO2及自制的氟树脂制备了氟碳涂料，得到的涂层表面具有微/纳二元粗糙结构，对水静态接触角达152°，并具有优异的耐水、耐酸碱、耐洗刷、耐沾污及自清洁性能。R. Jafari等采用射频喷涂(物理气相沉积法)聚四氟乙烯制备超疏水和防覆冰涂料，涂层与水的接触角达到165°，滚动角为3°，工艺操作简单且涂料对环境友好，对基材有很好的黏结性。

1.4.3 仿荷叶效应的超疏水类憎水型防覆冰涂料

为了得到同荷叶表面类似的憎水性，许多研究者对荷叶的表面进行了大量研究，发现荷叶的表面是具有独特的微纳米复合阶层结构的粗糙表面，且荷叶表面还存在着一层蜡质憎水性涂层。根据荷叶效应，人们研究出许多具有荷叶表面特性的超疏水涂料(涂料表面的水滴接触角超过150° 以上)。王东等将二氧化硅纳米颗粒和硅树脂制成混合液，采用喷涂法制备出了具备超疏水性的复合涂

层，涂层与水的接触角达到151.6°，滚动角接近0°。通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面的微观结构，发现超疏水性的涂层具备微-纳复合阶层结构。加拿大D. K. Sark等利用一定浓度的盐酸对铝片表面进行刻蚀处理，得到仿荷叶表面结构，然后利用射频溅射的方法在其表面涂覆一层聚四氟乙烯涂层，所得到的铝材表面的水滴接触角达到了164°。
 

2 防覆冰涂料的发展趋势

虽然憎水型防覆冰涂料用于输电线路有很好的防覆冰效果，但是涂料涂于导线上后由于股线的扭动，涂层容易破裂形成结冰，另外还有抗老化等问题需要解决，因此输电线路涂料防覆冰是不易攻破的难题，要达到工程应用要求还须做出更多的研究，需要综合考虑成膜物质的选择、配套颜料的制备、涂料合成工艺以及相关因素的影响。根据目前防覆冰涂料研究现状及存在的问题，未来输电线路防覆冰涂料将向梯度结构的憎水性吸热涂料方向发展。该涂料采用改性硅溶胶等聚硅酸盐水性胶体作为成膜物，外加不同粒度配比的微米级复合颜料颗粒作为吸光物质，再通过控制光的漫反射大限度地提高该类涂料对不同光谱的选择性吸热率，降低光的反射率，从而提高涂料的耐候性和憎水性。这种梯度涂层结构能够保证涂料与导线牢固结合，同时具有较强的吸热性能，从而保证除冰效果。该类涂料结合了光热型防覆冰涂料和憎水型防覆冰涂料的优点，是未来防覆冰涂料的一个发展趋势。此外融冰型防覆冰涂料由于其具有降低融冰温度的特性，使其在未来的输电线路防覆冰涂料中有广阔的研究价值。仿荷叶效应的超疏水类憎水型防覆冰涂料也因其独特的微纳米结构，使其在未来的输电线路防覆冰涂料中有非常广阔的应用前景。

3 结语

(1)我国是一个冰雪灾害多发的国家，但是对于输电线路防覆冰涂料的研究较少，现有产品的防覆冰等综合性能远远不及国外，因此，必须加强这一领域的投入和研究，提高我国抗冰灾的能力，保证电网的安全运行。

(2)融冰型防覆冰涂料和憎水型防覆冰涂料由于其独特的性质和结构，在未来的发展中将有十分重要的研究意义。而电热型防覆冰涂料和光热型防覆冰涂料由于气候等因素的影响限制了其发展。

(3)未来输电线路防覆冰涂料将具有低表面能、强憎水性、高传热吸光性和良好的耐候性、多层化和梯度化的涂层，以及方便施涂、价格低廉等综合特点。这类涂料在未来的研究和发展中将有十分广阔的前景。