第 29 卷第 8 期

2015 年 8 月

化工时刊

Chemical Industry Times

Vol． 29，No． 8 Aug． 8． 2015

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doi: 10． 16597 / j． cnki． issn． 1002 － 154x． 2015． 08． 002

飞机除冰液在冰中的渗透性能影响因素分析

陈 元 李志强 张 帆 彭华乔 于新华

( 中国民航局第二研究所，四川 成都 610041)

摘 要 为了提高飞机除冰液适航验证能力，根据《AIＲ 6211 Ice Penetration Test Method for Ｒunways and Taxiways Dei- cing / Anti － icing Chemicals》标准试验方法，研究分析了温度、冰点、渗透压和分子大小对飞机除冰液渗透性能的影响。试验结果表明: 随着温度的降低，飞机除冰液对冰的渗透性逐渐减小; 在相同温度下，牛顿流体型除冰液的渗透性优于非牛顿流体型除冰液; 飞机除冰液的冰点和渗透性无直接关系而与渗透压相关，且渗透压越大，对冰的渗透性越好。

关键词 飞机除冰液 道面 渗透性能 温度 冰点 增稠剂

Ｒesearch Aircraft Deicing Fluid Permeability of Ice

Chen Yuan Li Zhiqiang Zhang Fan Peng Huaqiao Yu Xinhua

( The second Ｒesearch Institue of CAAC，Sichuan Chengdu 610041)

Abstract In order to improve the ability of aircraft deicing fluid airworthiness certification，making a research and analysis of aircraft deicing fluid influence on the permeability of ice through temperature，freezing point，osmotic pressure and the molecular weight respectively，according to《AIＲ 6211 Ice Penetration Test Method for Ｒunways and Taxiways Deicing / Anti － icing Chemicals》． The results show that the depth of aircraft deicing fluid on the penetration of ice decreases as the temperature is reduced． The permeability of Newtonian － fluid is better than non Newtonian － fluid at the same temperature． The permeability of aircraft deicing fluid has no direct relation to the freezing point and associated with osmotic pressure． Moreover，the higher pressure，the better permeability of ice．

Keywords deicing runway permeability temperature freezing point thickener

飞机的结冰，包括飞机表面结冰和道面结冰等情况。当飞机表面温度降到 0 ℃ 以下或遇到雨雪结冰气候，并且存在可见水汽时就会有冰形成。降雪地区，时有雨夹雪或冻雨出现，会使道面表面结冰。结冰对飞行安全危害极为严重，包括使飞机升力面积减小、驾驶仪表失常、影响目视飞行、发动机低温异常工作、通讯故障、航班延误、滑离跑道、影响降落安全等严重危害，从而威胁冬季道路交通以及航空运输安全［1，2］。从 40 年代起共有 126 起因飞机积冰造成的飞行事故，其危害性不容忽视。CCAＲ121． 649 ( b) 规定: 当有霜、雪或者冰附着在飞机机翼、操纵面、螺旋桨、发动机进气口或者其他重要表面上，或者不能符

合本条( c) 款时，任何人不得使飞机起飞［3］。除冰防冰是民航保障飞机飞行安全永恒的话题。

飞机除防冰液( 以下简称除冰液) 主要分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型除冰液和道面除冰液，其主要成分如下:

Ⅰ型除冰液: 主要成分为乙二醇或丙二醇，是未经稠化的液体，既可用来除去冻结污染物，也能提供短时间的防冰保护，使用时须加热后喷洒。

Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型除冰液: 主要成分为乙二醇或丙二醇，并添加增稠剂，用于防止污染物的形成和聚积。

道面除冰液: 主要成份为乙酸钾，pH 值显碱性。

收稿日期: 2015 － 05 － 26

作者简介: 陈元( 1984 ～ ) ，男，助理工程师，研究方向为航空化学及飞机材料防火检测; E － mail: chenyuan@ fccc． org． cn

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陈 元 等 飞机除冰液在冰中的渗…… 2015. Vol. 29，No． 8 化工时刊

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其中，Ⅰ型、Ⅱ型Ⅳ型除冰液和道面除冰液在国内外机场使用最广泛［4 ～ 7］。国内外对除冰液在极寒条件的物理化学性能研究也在不断地分析，特别在除防冰性能上，还在积极探索中。针对道面除冰液除防冰性能，2012 年 4 月 SAE 机构制定了标准《AIＲ 6211 Ice Penetration Test Method for Ｒunways and Taxiways Deicing / Anti － icing Chemicals》，研究道面除冰液对冰的渗透性能［8 ～ 10］。参考该标准试验方法，对各类飞机除冰液对冰的渗透性能，以及影响因素进行综合分析。这对认知飞机在积冰环境下除冰液的渗透性能有重要参考价值和探索意义。

1． 1 材料

罗丹明染色剂、符合 ASTM D 1193 IV 型试剂水、有机玻璃模具( 如图 1，用直径为 Φ5 mm 的钻头在一块尺寸为 120 mm × 19 mm × 300 mm 的有机玻璃上制作 12 个孔，孔距 19 mm，孔深 40 mm) 、25 μl 微量取样器、1． 5 ml 离心管、注射器、滴管等。

冰面平整。

1． 4 除冰液染色配制

随机抽取不同厂家有代表性的Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、

Ⅳ型除冰液和道面除冰液，在离心管中分别加入 1． 5

mL 除冰液以及 2 滴罗丹明染色剂( 染色剂浓度为 0． 1% w / v) ，摇匀混溶，并置于测试温度中预处理至少 8 h。

1． 5 渗透性能测试

按《AIＲ 6211 Ice Penetration Test Method for Ｒun- ways and Taxiways Deicing / Anti － icing Chemicals》测试方法，分别在温度 － 2 ℃ 、－ 5 ℃ 、－ 10 ℃ 下，用微量取样器向有机玻璃 4 个冰孔表面注入 25 μl 经罗丹明染色的除冰液。经过 5 min、10 min、30 min 后，分别记录除冰液渗透冰层的深度。

2． 1 温度对除冰液渗透性能影响分析

表 1 测试结果( 渗透深度/ mm)

Table 1 The test results ( Penetration depth / mm)

温度/

时间/

Ⅰ型除

Ⅱ型除

Ⅳ型除

道面除

℃ min 冰液 冰液 冰液 冰液

图 1 有机玻璃模具

Fig 1 Plexiglas test plate

1． 2 试验仪器

恒温恒湿试验箱，可控温度范围为 － 20 ℃ ～ 150

℃ ，测量精度为 0． 5 ℃ ; 喷气燃料冰点仪，冰点测量范围为室温 ～ － 70 ℃ ，测量精度为 0． 1 ℃ ; 冷藏柜等。

1． 3 冰的制备

预先将有机玻璃模具、ASTM D 1193 IV 型试剂水置于 4 ℃ 冷藏柜中预处理至少 8 h 以上。然后用注射器向有机玻璃孔内注入预处理后的试剂水，并放入测试温度下的恒温恒湿试验箱中，直至试剂水完全结冰( 至少 8 h) 。在结冰期间，用铝板将冰面刮平，并用纸巾吸取多余的水，然后将有机玻璃再次放入恒温恒湿试验箱中，直至试剂水完全结冰( 至少 3 h) ，

从表 1 的测试结果可以看出: 相同温度下，各类除冰液在 30 min 后的渗透深度表明: I 型除冰液和道面除冰液对冰的渗透性能优于 II 型和 IV 型除冰液，且 I 型除冰液略好于道面除冰液。随着温度的降低，飞机除冰液的渗透深度均逐渐减小。因为随着温度的降低，水分子间作用力增加，分子间隙减小，除冰液小分子物质更难渗透到水分子间隙中。在相同温度下，I 型除冰液和道面除冰液的渗透深度比 II 型和IV型除冰液明显较大。I 型、II 型和IV 型除冰液主要成分为乙二醇，道面除冰液主要成分为乙酸钾溶液。其中 I 型除冰液和道面除冰液是牛顿流体，为小分子混合物，更容易渗透到水分子间隙中。而 II 型和 IV 型

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化工时刊 2015. Vol. 29，No． 8 科技进展《Advances in Science ＆ Technology》

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除冰液是经稠化的非牛顿流体，为大分子聚合混合物，对冰的渗透深度很微小。同时还发现，相同温度下 I型除冰液的渗透深度略高于道面除冰液。为了说明该现象，接下来对冰点和渗透压影响因素进行了分析。

2． 2 冰点对渗透性的影响

I 型除冰液与水 1∶ 1( w / w) 稀释液的冰点约为 － 23 ℃ ，道面除冰液与水 1∶ 1( w / w) 稀释液冰点为 － 18

℃ ，二者融冰的机理是把冰的熔点降低，使其更容易融化。根据拉乌尔定律，除冰液与冰接触时，在除冰液的表面形成极浓的溶液，而这些浓溶液的蒸气压比冰的蒸气压低得多，冰则以升华或熔化的形式进入除冰液中。除此之外，道面除冰液中钾离子在一定程度上还会减弱水分子中的氢键作用［11］。

图 2 不同质量浓度乙二醇溶液的冰点与渗透深度关系

Fig． 2 The relation between penetration depth and

freezing temperature of ethylene glycol solution with different concentrations

水溶液的冰点与其渗透深度关系，在 － 10 ℃ 条件下，测试Ⅰ型除冰液和道面除冰液对冰的渗透深度。测试结果见图 2 和图 3，由图可以观察得出，乙酸钾溶液随着冰点的降低，渗透深度也在增加; 而乙二醇溶液随着冰点的降低，渗透深度出现现增加后减小现象。试验结果说明: 除冰液对冰的渗透性能与其冰点无直接关系。

2． 3 渗透压对渗透性的影响

从图 2 和图 3 也可以看出，乙二醇和乙酸钾质量浓度越大，渗透深度也越大。根据溶液的依数性，冰点和渗透压只依赖于溶质的量。相同质量下，与分子量成反比，分子量越大，冰点和渗透压越低。或者从范特荷甫定律或渗透压公式

π = n ＲT V

可以看出，除了摩尔气体常数 Ｒ 和一定条件下不变的热力学温度 T 外，渗透压只与摩尔量浓度一一对应。在相同质量和体积下，分子量越小的溶液，渗透压越大。乙酸钾分子量为 98，乙二醇分子量为

62，这也说明了乙二醇溶液比乙酸钾溶液渗透性略好的原因。

2． 4 分子大小与渗透性能结果分析

图 3 不同质量浓度乙酸钾溶液的冰点与渗透深度关系

Fig 3 The relation between penetration depth and

freezing temperature of potassium acetate solution with different concentrations

为了比较不同质量浓度的乙二醇和乙酸钾混合

图 4 在Ⅰ型除冰液和道面除冰液添加不同浓度增稠剂后的渗透性能( － 10 ℃)

Fig 4 The permeability of type I deicing fluid and

pavement deicing fluid which added different concentration thickener( － 10 ℃)

分别在 I 型除冰液和道面除冰液中，按不同比例添加硅酸盐增稠剂并测试在 － 10 ℃ 条件的渗透性能，测试结果如图 4。可以看出，随着增稠剂比例的增加，在 I 型除冰液和道面除冰液体系中形成的分子聚合物分子量迅速增大，渗透压下降，对冰的渗透性能降低。 ( 下转第 28 页)

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化工时刊 2015. Vol. 29，No． 8 论文综述《Ｒeviews》

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( 上接第 6 页)

( 1) 相同温度下，牛顿流体型除冰液的渗透性优于非牛顿流体型除冰液。

( 2) 随着温度的降低，飞机除冰液对冰的渗透性逐渐减小。

( 3) 除冰液的冰点和对冰的渗透性无直接关系。

( 4) 除冰液渗透压越大，对冰的渗透性越好。

( 5) 除冰液体系分子大小与渗透性有直接关系，分子量越大，对冰的渗透性越差。

参考文献

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