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防结冰自清洁涂料 赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华 寒冷的冬季、冰花、冰霜、冰凌等天然奇观以及人工冰雕都带给人们无限的想象和美的享受。冰雪世界，令人心旷神怡，冰上运动强身健体；但是冰的危害有时候也会让我们束手无策，直接影响着人们的生活，甚至带来巨大的安全隐患和经济损失。例如桥梁缆索、景点缆车、高压输变电线等露天线缆结冰将增加自身重量，一旦超过荷载很容易断裂，造成无法挽回的巨大损失，其他如高铁、飞机、风电、光伏等其他重要领域的设施都会受到结冰的危害。
据报道，2008年中国南方冰雪灾害导致大面积交通中断，电力供应瘫痪，直接经济损失超过1500亿元，数千万人受到影响，农作物和基础设施遭受严重破坏。因此，防冰除冰技术成为科技工作者战胜自然灾害的最重要的研究课题；特别是防结冰涂料的研发经过涂料研发人员的多年探索和实践发展迅速，某些产品取得重大突破，如TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料，并在电力行业得到成功应用。防结冰涂料研发人员认为此款涂料防结冰机理主要有以下几点：
1.超疏水表面特性。石墨烯涂料形成超疏水表面，水珠接触角大，不易附着，从而减少冰晶形成。
2.纳米级结构。纳米级粗糙结构增加了表面能，使得冰晶难以在涂层表面稳定存在。
3.热效应。石墨烯的导热性能使得涂层表面温度升高，能够有效防止冰晶的形成和积累。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料是一种具备微钠结构的纳米级涂层产品。该涂料干燥后能够提供显著的疏水疏油的效果，其涂装后可以形成一层薄而牢固的保护膜，有效的防止水分和油脂的渗透和积累。TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料对金属、玻璃、陶瓷和塑料及其他多种材质具有卓越的附着力和防水性能。其前沿的石墨烯纳米杂化技术，实现了对水和油的完全隔离，具有很高的抵抗液体侵害能力，即在基材表面形成一道能够阻挡水和油侵害的空气保护膜。综合TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料产品性能特点，归纳以下：
1.自洁性。具有抵抗油和水污染的能力，表面干燥无菌，只需给与少量的水分或者气流就可以去除表面灰尘和污垢。
2.防污性。显著减少或消除灰尘、污垢及水和含细菌或者辐射液体的污染。
3.耐蚀性。水或者空气中的水汽未与表面接触，降低了基材表面的腐蚀程度。
4.防冻性。由于保持物体表面干燥无水分，因此不会发生结冰现象，适应环境温度范围宽泛，从-30℃～150℃。
5.防潮性。疏水角和疏油角均大于150度，滚动角小于5度，因此充分的保持了物体表面的干燥，有效的防止水和气体液体的渗透和吸收。
6.效果优异。当环境温度为-15℃时，太阳辐射功率为96mW cm-2（1个太阳）的模拟条件下，冰的附着强度降低了约97%，结冰的时间延迟了46.3倍。涂层优异的防冰和除冰能力主要归功于低表面能的氟树脂，减少接触面积以及具有优秀的嵌入式石墨烯纳米片层的光热效应（可以吸收光能转化为热能能够使得表面温度升高），从而有效的防止结冰现象的发生。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料相对于普通的疏水涂料具有更佳的抗表面老化及磨损后仍然能够保持长效的防结冰效果；更有效的延缓和减轻冰层的堆积速度；更有效的降低冰层的附着力；更好的弹性和柔韧性；更优秀的耐风沙和雨水性能；更牢固的附着力。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料的优异性能已经在多个领域应用效果显著，其社会效益和经济效益突出，引起业界的强烈关注。如TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料可以在光伏板表面形成牢固的保护膜，其自洁性能够有效的抗水阻油，而且表面干燥无菌，只需少量水分或者气流就可以轻松的去除污垢和灰尘，保持光伏板清洁，提高了发电效率；在风电叶片上面使用，可以显著减少87%的覆冰量，有效降低因为结冰对叶片造成的损害，延长了叶片的使用寿命，保障风力发电的温度运行；该涂料良好的防潮性能可以应用于新能源汽车电池仓，保持电池仓表面干燥，，有效防止水及其他液体的吸收，避免凝露现象发生，为电池提供稳定可靠的工作环境；该涂料在输电线路上发挥了巨大的作用，可以使得输电线路覆冰量减少87%，大大降低了因覆冰过重导致线路损害的风险，保障了电网的安全稳定运行，另外在实际应用中，使用TGA涂层后，输电线路融冰能耗从200W/m降至40W/m，降低幅度高达80%，有效的节约了能源，降低了碳排放，减少了运营成本，符合国家低碳绿色政策规定；经过长时间的工程实践检验，该涂料涂层在电网设施上持续发挥着良好的保护作用，无论在恶劣的冰雪环境下还是日常环境中都能为输线电路等设施提供安全可靠的防护；在航空领域该涂料应用于飞机翼面，有效解决了飞机翼面结冰导致的气动效能衰减的委托，确保了飞机在飞行过程中的安全性和稳定性；在高铁受电弓这块的应用，TGA涂层表现出非常出色的防结冰性能，可以保障受电弓在寒冷的天气下正常工作，确保高铁运行过程中的电力供应稳定；除了飞机和高铁使用这种高效的防结冰涂料，船舶和其他的交通设施也可以复制这种防结冰技术措施，有望为整个交通行业的装备及设施安全升级提供有力的支持。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料适用于需要干燥状态，并且要求耐蚀和防结冰抗污染的的基层表面，是一种优秀的功能型涂料，在钢铁、铝材、塑料、纺织品、皮革、木材、工作手套、服装服饰、皮鞋以及其他建筑材料、混凝土表面、电动汽车行业都具有广泛的实际应用。因此，根据其综合的性能特征远远不限于以上材料的应用领域了，它已经外延到更广更需要抗冰耐污的行业，可以毫不夸张的说“有结冰危害的的地方就有防结冰涂料的身影”。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料是施工并不复杂。首先，喷涂防结冰涂料前要对被涂物基层表面进行处理，清理掉表面上的残旧漆膜、锈迹、油污、氧化皮及杂物，要求达到无锈、无油污、无尘埃、无水迹效果。处理后的基层表面应该及时喷涂防结冰涂料，以防二次污染。施工时，要求环境无灰尘，或者有排风装置亦或有吸尘设备。喷涂设备建议使用HPLV喷枪，喷出压力0.3-0.5MPa，喷头口径1-1.5㎜，喷涂距离15-25㎝，漆膜厚度大约40-60μm。施工时的相对湿度为45%-75%，环境稳定为10-30℃。其次，底漆涂装前按照产品说明书配比进行混合搅拌，并充分搅拌均匀，如果涂料黏度大可以适量添加专用稀释剂进行稀释，喷涂工具建议采用HPLV喷枪，底漆喷涂3遍，干燥后厚度控制在40μm左右，大约10分钟左右，待底漆干燥后就可以喷涂面漆。最后就是喷涂防结冰面漆，喷涂面漆时需要注意的不得使用喷过底漆的同一个喷枪，而是选择一个新的喷枪，使用HPLV喷枪，面漆使用前要搅拌均匀，喷涂四遍，要完全覆盖底漆层，面漆干燥后膜厚度在10μm左右。防结冰涂层结束后，必须整体检查一遍，发现缺陷或者漏涂的必须进行补涂补喷。
TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料超疏水性能和疏油性能在喷涂面漆层以后1小时呈现，最佳时间是24小时以后。TGA超疏水防结冰纳米涂层必须同时使用两种涂层方可呈现超疏水特性。清洗时使用低压水喷雾进行，在低压水流冲洗下表面将会实现自洁，灰尘及污垢非常容易的被清洗掉，表面将保持完全干燥。一些洗涤剂、肥皂、二甲苯、甲苯及丙酮或者高压水流将会影响涂层表面的性能，一旦表面涂层被破坏，就失去了超疏水疏油的效果，只能重新喷涂面漆，干燥后就可以恢复超疏水疏油的效果。
防结冰耐油污涂料应用前景总体向好，尤其在电力线路，风力发电，光伏发电，新能源，交通和航天航空领域需求明确，而且呈现快速发展的趋势；但是由于目前受到技术条件的限制，防结冰耐油污涂料依然存在许多缺陷，如光热效应在无光无日照环境下表现不佳，无法提升表面温度以延缓结冰；再如多次除冰或者机械摩擦后，防冰性能会逐渐降低等等。笔者认为TGA-石墨烯超疏水防结冰纳米涂料的出现将为国内企业开发性能更多、效果更优的防结冰耐油污涂料提供宝贵的技术参考和应用价值，并不断开发出品种齐全，性能超群的防结冰、自洁功能性涂料，实现冰雪无灾害，环保又降碳的美好目标。（张工防腐蚀技术文章欢迎转载图片来自网络如有侵权通知删除）
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