２００８年１月１０日起，中国南方地区出现了历史上罕见的持续的大范围低温、雨雪冰冻极端自然灾害天气，中国的湖南、湖北、江苏、安徽等２０个省（区、市）均不同程度受到低温、

雨雪、冰冻灾害影响。截至２００８年２月１２日，因灾造成１１１１亿元人民币直接经济损失。２０１１年１月，雨雪冰冻天气再次袭击中国南方部分地区，贵州等８个省（区、市）受灾严重。因此，了解各种防冰除冰技术的研究进展，及时开发出有效的防冰除冰技术，已经成为一个重要而紧迫的课题。防冰除冰方法、技术的研究和应用已经成为在雨雪冰冻等极端自然灾害环境中保证交通、电力、通讯等设施正常运转的重要措施。防冰除冰技术受到电力系统、航空、航海、交通和通讯等行业的关注，因此，世界各国相继开展了广泛的研究工作，设计出了许多防冰除冰的方案，并且申请了多项专利。

目前国内外报道过的防冰除冰方法大致可以分为以下几种：机械除冰、电热防冰融冰和功能涂料防冰融冰。（１）机械除冰是通过施加外力的作用，使冰从基材表面脱落。其除冰效果一般，而且设备投入高，工作效率低，工作强度大，受环境影响大，只能作为一种应急处理方案，不能全面推广。（２）电热防冰融冰是通过增加输电线路热效应来防止结冰，甚至起到融冰的效果。代表性的两种方法为加拿大Ｍａｎｉｔｏｂａ水电局所用的短路电流融冰法和武汉高压研究所提出的低居里点铁电材料除冰。（３）功能涂料防冰融冰方法是指在基材表面涂覆一层具有防冰融冰效果的涂料，借此来达到防冰除冰效果。本研究主要介绍功能型防冰融冰涂料的分类、原理、特性及各自的优缺点。
 

１　防冰融冰涂料的种类

防冰融冰功能型涂料主要包括：电热型除冰涂料、光热型除冰涂料、超疏水型防覆冰涂料和融冰型防覆冰涂料４种。

１．１　电热型除冰涂料

电热型除冰涂料是在配方中加入一定的导电填料，使涂覆层形成一种半导体材料，在微小泄漏电流的作用下具有一定的电热性能，产生焦耳热，达到防冰除冰作用的涂料。现有的电热防冰涂料多用于绝缘子的防冰除冰过程，使用范围相对较窄。电热型涂料使用过程中当电流较小时无法产生足够的热量达到防冰的作用，而当电流较大时，将产生较大的能量损失，而且存在安全隐患，投资成本较高。

１．２　光热型除冰涂料

光热型除冰涂料是向涂料中加入特定的能够吸收光热的颜料，利用吸收的热量来达到融冰除冰效果的涂料。

荆忠等将氟硅氧烷化学包覆碳化硅吸热颜料及真空空心微珠加入有机硅聚合物中制成涂料，所得涂料具有一定吸热保温储热性。也有人以Ｆｅ２Ｏ３－Ｃｒ２Ｏ３和ＭｎＯ２为颜料，可改善涂料的吸光特性，但是涂层使用寿命短，非常容易老化变形。Ｍａｒｔｉｎ　Ｃｏｒｐ等利用Ｆ－６３３１铁黑作发射体，水玻璃作成膜物，膜的吸收率虽然提高，然而防水性能不是很好。胡小华等初步研究出一种输电线路防覆冰涂料，该涂料采用改性硅溶胶－苯丙乳液为基料，吸光性能良好的ＦｅＭｎＣｕＯｘ为颜料制备出疏水防冰涂料，在－２０～０℃的实验条件下对未通电的静态铝导线具有一定的防冰效果。吴桂初等［１４］使用粉末火焰喷涂法制备的黑铬涂层可以选择性吸收太阳能，性能相对稳定、光谱选择性也相对较好，但是严重污染环境。由于光热型涂料本身受天气影响较大，而且冰季往往是雨雪交加的天气，光线较差，所以单独使用光热型除冰涂料很难起到理想的防冰除冰效果。

１．３　超疏水型防覆冰涂料

超疏水涂料是指涂膜的表面对水的接触角大于１５０°，同时滚落角小于１０°的涂料。当涂层表面达到超疏水时，水滴与涂层的接触角很大，接触面积则很小，涂层和水之间的粘附力远远小于其与一般涂层间的粘附力。当水滴在涂层表面的接触角大于１７０°时，且滚落角相对较低时，其受重力的影响就会自动滚落涂层表面，从而达到了防止水滴在涂层表面结冰的目的。自从１９９７年Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等对荷叶效应进行解释后，超疏水表面的高接触角、低滚落角（荷叶表面的接触角为１６５°，滚落角为２°）和自清洁的特性，引起了众多人的注意，超疏水表面在防冰应用上展现了良好的应用前景。

氟、硅及纳米化合物因其优异的表面性能，可用于高分子改性，被广泛应用于超疏水型防冰涂料中。胡春梅等［１９］将长碳链氟醇接枝到环氧树脂分子链中，并将纳米石墨、纳米碳管添加到改性环氧树脂中，获得具有高疏水性，高导热性的防覆冰涂料，大幅抑制了输电导线的结霜结冰现象。汪佛池等［２０］将氟硅烷等溶液涂覆于粗糙结构的铝绞线表面，其表面具有良好的防覆冰效果。刘兴海等［２１］设计了一种包含核壳型ＳｉＯ２／含氟丙烯酸酯乳液的低表面能涂层，其接触角可达１７２°，滚落角为２．０°。焉国平等将有机氟硅复合高分子材料、纳米材料、固化剂、溶剂、填料混匀研磨，制备了具有高疏水性的涂层，其防冰效果显著。

除此之外，相分离技术、表面处理技术也被用以增强表面防冰效果。Ｇｅ　Ｌｉａｎｇ等通过相分离技术在硅基材表面获得了具有超疏水性质的十八烷基三氯硅烷的涂层，其接触角为１５５°，滚落角为４．０°，使冰与硅基层粘附力的仅为原来的４．２６％，冰层很容易从基材表面脱落。Ｒｕａｎ　Ｍｉｎ等［２４］通过一步化学腐蚀法腐蚀铝基材，获得粗糙度较高的铝表面，然后用月桂酸修饰基材表面，获得具有超疏水性的涂层，其接触角为１５９．１°，滚落角为４．０°，使基材表面具有良好的防冰性能。

ＮＨ４ＨＣＯ３粉末的应用也可以获得超疏水表面。ＰｅｎｇＣｈａｏｙｉ等［２５］将ＮＨ４ＨＣＯ３粉末分散在ＰＶＤＦ溶液中，将涂层于８０℃条件下干燥４８ｈ，在干燥过程中ＮＨ４ＨＣＯ３不断发生分解，在表层形成多孔粗糙结构，该结构的接触角为１５６°±１．９°，而滚落角仅为２．０°，能有效提高基材的防冰性能。ＹｕａｎＺｈｉｑｉｎｇ等［２６］同样选择了通过加热分解ＮＨ４ＨＣＯ３来获得超疏水表面，Ｚｈｉｑｉｎｇ　Ｙｕａｎ通过向低密度聚乙烯溶液中加入ＮＨ４ＨＣＯ３干燥后获得的超速水涂层接触角为１５６°±１．７°，而滚落角仅为１．０°，起到了不错的防冰效果。
Ｋｕｌｉｎｉｃｈ　Ｓ　Ａ提出冰与超疏水材料的粘附强度与滚落角的大小有直接的关系，而与其接触角并无直接联系。超疏水型防覆冰涂料是否在任何条件下都能够起到很好的防冰效果呢？Ｆａｒｈａｄｉ　Ｓ等在其文章写到粗糙型的表面能够有助于提高材料本身的防冰性能，但是在潮湿的环境中，超疏水表面的粗糙结构，将使其防冰性能降低，并加大冰与基材的粘附力。Ｋｒｉｐａ　Ｋ　Ｖａｒａｎａｓｉ等在通过研究霜的成核过程，实验得出结论：在低温潮湿的环境下，超疏水表面初期会形成霜，待成霜后，会使其失去原有的超疏水性质，而且冰的粘附力会随着接触面积的增加呈线性增长，使其失去原有的超疏水特性。Ｋｕｌｉｎｉｃｈ　Ｓ　Ａ 等也提到湿润的环境下，超疏水涂层有可能失去其超疏水性质，并提出随着去冰的次数增加，涂层表面的结构受损，后期会导致冰与涂层间的粘附力比与之相对应的光滑表面的粘附力更强。

１．４　融冰型防覆冰涂料

融冰型防覆冰涂料是指涂料在大气中稳定，而长时间在冰中包裹时会从涂层中释放出具有降低冰点的物质的涂料。黄硕通过加入有机金属化合物对具有良好疏水防污性能的ＰＲＴＶ涂料（电力设备外绝缘用持久性就地成型防污闪复合涂料）进行改性，低可使冰点降至－４．３５３℃。赵蕴慧等利用无机多孔离子（中空或多孔的纳米二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、蒙脱土、膨润土及海泡石等）的吸附－缓释性质，复合具有低表面能性质的氟硅树脂，制备出了具有疏水疏冰特性和能缓释出防冰物质的双重防冰功效的防覆冰涂层。黄驰等用有机硅改性环氧树脂层为内层，聚电解质盐作为中层，氟硅改性的丙烯酸酯与硅溶胶的复合物为外层，制备了高性能的防覆冰复合涂层，在覆冰条件下，中间层缓释出电解质盐，降低冰点，起到融冰作用。刘兴海等设计的一种用有机硅改性聚丙烯酸钠的防覆冰涂料，在雨雪天气中聚丙烯酸盐可电离出离子，起到降低冰点作用。但是融冰型防覆冰涂料，在多次使用后，会大量损失融冰物质，导致融冰效果减弱，直至后失去融冰效果，无法起到长期的防覆冰作用。
 

２　结语

利用防覆冰涂料达到防覆冰目的是被动防冰的主要方法之一，由于被动防冰法无需消耗附加的能量，因此具有较大的研究意义和应用前景。单一依靠涂料的某种特性恐怕无法满足预期的效果。单一的超疏水特性，在防冰初期可以起到较好的效果，但在大气环境中由于空气介质成分复杂和气候环境多变，很难凭借单一的疏水性阻止水在表面结晶的晶核的形成，一旦基材已经开始覆冰后，超疏水性将无法起到作用，而且单一的疏水性并无自动融冰作用。如果涂料同时具备以上提到的两种或两种以上的特性，将会将有望解决覆冰这一难题。例如超疏水涂料如果能够同时具备导电发热、光照发热或者能够在覆冰后释放出某些降低冰点的物质这些特性，在覆冰前期由于其超疏水性可以极大的延迟覆冰时间，覆冰后可以借助通电发热、光热或者通过释放出的物质降低冰点等作用起到融冰的效果，再借助重力风力等外力作用，起到除冰的效果。