不冷的“冰”

2022北京冬奥会点燃了大家对滑冰的热情,越来越多的人们参与到滑冰运动中来,更多的冰场在社区、在商场搭建起来,一种采用新型化工材料的人造仿真冰也随之进入了公众视野。

冰上运动对场地有着不低的要求,也极易受到气候条件的限制。不提一年四季都无法形成天然滑冰场地的低纬度地区,出于安全考虑,北京的天然冰场平均开放时间也只有1个月左右。想要随时享受冰上运动的快乐,大部分地区都需要在室内花大成本建设人工冰场。据了解,一块标准的室内公共滑冰场需要制冷到-7℃左右,平均每年电费成本200万元,专业冰场的能耗还会更高。

因此,冰上运动的粉丝们转而聚焦人造仿真冰的制造,将目光投向了化工新材料。早在上世纪90年代,德国多特蒙特市、美国纽约长岛等地就已经使用塑料尝试建造仿真冰场。但运动员在水冰上滑行时,冰面和冰刀之间会形成一片介于液态水和冰之间的融水层,为刀刃提供润滑,普通塑料的摩擦系数并不能满足这一要求。因此,具备极低摩擦系数的高分子聚乙烯以合成板材的形式,首先进入了仿真冰“赛道”。这种仿真冰板成本低、建设速度快,投资仅需等面积真冰冰场的1/4左右,日常除照明以外基本没有能源消耗,清理维护也更加简便。

但是这种板材也有其局限性。高分子聚乙烯具备很好的耐切割性,这在运动员穿上身变成比赛服装时是优点,但踩在脚下变成冰面的时候就成了缺点。冰刀会“陷”进板材表面,拔出时还会留下黏性的毛茬,运动员难以在板材表面做出急停、急转、空中转体等高难度技巧动作,因此这种冰场仅能作为娱乐和业余训练之用。同时,聚乙烯板材对热敏感,受热容易变形甚至起火,也存在一定的安全隐患和消防风险。

那么有没有能更好地模仿真冰的材料呢?新型热固性聚脲材料——聚天门冬氨酸酯聚脲(简称“天冬聚脲”)制备的人造仿真冰进入了公众视野。

“2015年北京申办冬奥成功后,我们就开始着手研究热固性仿真冰。”来自北京全季运动科技有限公司的液态合成冰联合发明人徐春羊表示,在研究过程中,他们先后排除了耐候性不佳的环氧树脂、会缓慢释放游离氯离子的聚氯乙烯等材料,最终锁定了天冬聚脲作为仿真冰的主要成分。这是因为天冬聚脲具备很强的耐磨性和耐候性,在紫外光照射粉化测试中寿命可达3000~4000小时,常温下结构非常稳定。

但仅有耐磨性是不够的。运动员滑冰时,冰刀的钢刃会对冰体的表层造成一定的破坏。这在花样滑冰的比赛中尤其明显,身着考斯腾的选手在冰面上或优雅或急迅地旋转时,他们的脚下往往会腾起一小片由冰屑组成的白雾。正是这层被破坏的冰面在为运动员提供或削减动能,支持他们跳出优美的冰上舞蹈,而不至于因急停、急转时的反作用力受到运动冲击损伤。

“我们花了几个月研究性能的平衡点,并邀请专业运动团队对样品进行了大量测试,最终做出了又‘脆’又耐磨的液态合成冰。目前在常规测试中,合成冰材料的平均损耗速度为5年/毫米,完全能够支持长期使用。”徐春羊说。

这种合成冰还有一大优点就是维护简便。研究团队调整了合成冰材料的含固量,使其可以在常温下慢速固化,从而能够支持场馆工作人员对冰面进行喷涂或推平等维护操作。不仅如此,易于修复的冰面也使得可移动的冰上场馆成为了可能。冰场迁移或改变规格时,只需要将冰体进行重新分割或拼接,再用新的液体材料浇筑接缝即可。此外,天冬聚脲具备挥发性有机物、重金属含量低,不含溶剂等特点,对不污染环境的同时,也不会对施工人员的健康造成损害。

据徐春羊介绍,目前冰雪运动在我国市场的渗透率仍然较低。他们与中国关心下一代工作委员会健康体育发展中心合作,成立了四季冰雪项目,向全国50万所中小学校及社区、机关等单位推广冰雪运动。“除了冰刀用滑冰场外,我们还开发了陆地冰壶、台式冰壶等产品,希望能够以校园、社区为窗口,降低冰雪运动的参与门槛,让更多人有条件参与进来,享受冰雪运动的乐趣。”徐春羊说。

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/25h0GOnbeszqkaYSMj30aQ

(转“中国化工报”)

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