高寒列车转向架防冰涂料的研究

李淑君，吕健勇，姜志国，王健君

1.北京化工大学，材料科学与工程学院，北京 100032；2.中国科学院化学研究所，北京 100090

在寒冷冰雪环境中运行的高速列车易发生结冰现象，例如日本上越新干线以及我国的哈大高铁等。高速列车转向架主要包括构架、轮对、制动夹钳、制动盘、空气弹簧、减振器和各种管路等部件，是高速列车最重要的组件之一，一旦发生结冰就会对列车的正常行驶造成安全隐患。例如，转向架区域结冰，掉落的冰块可能会损坏车下部件与设备；空气弹簧和减振器结冰，会影响车辆的动力学性能；闸片和制动盘之间混入冰粒等夹杂物后很容易划伤制动盘，从而大大缩短制动盘的使用寿命；制动夹钳结冰会影响其正常运作，导致列车无法有效施加基础制动。转向架发生结冰后的列车，需要进行入库除冰作业，通常采用人工机械除冰、高压水枪除冰、热风除冰等多种方式，能耗高、效率低、劳动强度大。因此，在转向架部分涂覆防冰涂料，不仅有利于降低结冰造成的安全隐患，还能够大大减轻工作人员除冰作业的劳动强度。

研究最为广泛的防冰材料是具有低表面能特性的超疏水表面。超疏水表面具有微米、纳米或微纳米复合的微结构，可以通过束缚空气形成空气层，避免水滴的浸润，减小水滴冻结后冰层与基材的实际接触面积。但是超疏水性在高湿或高过冷环境下会失效，导致冰层与微结构形成机械锁交、冰粘附强度增大。此外，结构化表面耐磨性差，无法兼顾涂层的基本防护性能，缺乏实用性。研究表明，对于平滑表面而言，减小水滴接触角滞后，能够降低冰粘附强度，这为开发实用型防冰材料指明了方向。本文以高寒列车转向架防冰应用为导向，通过对比3种商品化具有低表面能特性的含氟羟基树脂，在实现涂层基本防护功能的前提下，评价其在降低冰粘附强度方面的作用，为实用型防冰涂料的制备与应用提供实验指导。

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实验部分

1.1 主要原料及设备

氟碳树脂1、氟碳树脂2、氟硅树脂：市售；多异氰酸酯固化剂：N3390，科思创；钛白粉：R960金红石型，杜邦；消光粉：PERGOPAKM2，北京天恒健；PTFE蜡粉：德....