潘亚男 李秉海 赵 彬

➤仿真冰行业正迎来政策、技术与市场的三重红利，但核心技术的自主化与环保性能的提升仍是关键挑战

➤仿真冰材料有五大关键指标：耐划伤性能、不易开裂、透光率大于30%、平整度高、小于0.05的低摩擦系数

➤中国石化北京化工研究院科研团队依托在高性能合成树脂领域的研究基础，基于新型高性能助剂，并结合高效改性技术，开发了仿真冰材料用高性能合成树脂，推出建设费用低、运营成本低的方案，实现了各项性能的平衡

北京冬奥会带动我国冰雪产业快速发展，然而，我国地域广阔，气候差异显著，仅中温带和寒带的冬季适宜开展冰雪运动，南方地区及北方非冬季时段缺乏天然条件，亟须仿真冰技术突破地域和季节限制。仿真冰行业正迎来政策、技术与市场的三重红利，但核心技术的自主化与环保性能的提升仍是关键挑战。为此，中国石化北京化工研究院（以下简称“北化院”）科研团队凭借在合成树脂领域的研发基础，自主开发了零能耗四季仿真冰技术。

仿真冰技术的开发需求

冰为什么滑？目前最普遍的解释是，水结冰后可在冰面产生光滑的液体涂层，该涂层极薄、不凝固且可移动，从而使得冰表面光滑度高，能够润滑接触面，从而表现为“滑”。这层液体并不完全是水，而是被称之为“准液体”。

为了获得冰面光滑程度最高时的温度，荷兰阿姆斯特丹大学和德国马克斯·普朗克高分子研究所的学者运用分子动力学，模拟了钢在冰上滑行的实验，测量了冰面在零下100摄氏度至零摄氏度范围内的摩擦系数。数据显示，冰表面摩擦系数在低温时较高，几乎等同于玻璃表面的摩擦系数。然而，随着温度从零下100摄氏度上升到零下7摄氏度，冰面的摩擦系数逐渐下降，其中，当温度为零下7摄氏度时，冰的摩擦系数最小，即：冰在零下7摄氏度是最滑的，而当温度继续从零下7摄氏度上升到零度时，冰面的摩擦系数反而显著增大。因此，滑冰场的温度一般保持在零下7摄氏度左右，以提供最佳溜冰体验。

为达到并长时间维持该温度，所消耗成本较大。例如，将1吨水从25摄氏度降到零下7摄氏度，需用电37.344千瓦时，而商业用电价格约为1.2元/千瓦时，那么一吨水从25摄氏度降到零下7摄氏度电力成本是44.8元。一个厚度为4厘米、面积200平方米的室内冰场，需要用水80吨，制冰所需成本达到3584元。更为重要的是，制成冰后仍需要大量电能维持。室内滑冰场一般通过制冷系统、热回收系统、除湿系统、新风系统等设备实现冰面长期不融化，并需严格控制室内温度、冰面温度、空气湿度等多个参数指标。

因此，真冰场需要巨大的建设和运营费用。解决这一难题的最佳方案是用仿真冰材料替代真冰。然而，由于冰材料的特殊性，目前难以找到可完全替代冰的材料，仅可开发接近真冰性能的仿真冰材料作为替代方案。

仿真冰是指通过技术手段模拟天然冰的特性制成的材料或产品，主要用于替代真冰在特定场景中的应用。而与真冰不同的是，仿真冰不受气候和地域限制，可在高温、高湿或非冬季环境下使用。此外，相比于传统真冰场，仿真冰无须持续制冷维持，零能耗，且部分材料可循环利用，具有一定的节能环保优势，同时建设和运营成本较低，维护简单，较适合大规模推广。

仿真冰技术开发面临的挑战和国内外研发现状

经调研，仿真冰材料有五大关键指标：耐划伤性能；不易开裂；透光率大于30%，以方便用户看到下方标识；平整度高—3平方米内起伏小于2毫米；小于0.05的低摩擦系数，以实现接近于真冰的润滑触感。上述五项性能缺一不可。

目前，国内外市场上可用作仿真冰的材料有超高分子量聚乙烯板和聚脲树脂，二者均难以完全满足上述指标。超高分子量聚乙烯板虽施工简单，但大面积铺装时会产生拼接缝明显、易翘曲等问题，对板材的品质要求较高。聚脲树脂虽具有优异的抗疲劳性和耐化学腐蚀性，但成型后硬度不足，易划伤，从而导致平整性低，难以完全满足仿真冰壶道对材料的要求。

为了满足仿真冰材料的要求，北化院科研团队依托其在高性能合成树脂领域的研究基础，基于新型高性能助剂，并结合高效改性技术，开发了仿真冰材料用高性能合成树脂，推出建设费用低、运营成本低的方案，实现了各项性能的平衡。

在耐划和抗开裂方面，传统合成树脂材料存在韧性差、不耐划、易开裂的问题。为解决该难点，技术团队研发出具有特殊交联结构的弹性纳米粒子，有效提升冰面耐划伤及抗开裂性能。在平整和透明度方面，为了解决传统分散技术导致材料不平整、不透明的问题，技术团队研发出纳米粒子分散技术，提升仿真冰材料的流动性，使其可一体成型、表面平整且透明性好。同时，团队还研发出超铺展润滑表面技术，使其具有媲美真冰的质感，提升了用户体验感。

自2022年以来，科研团队积极走访调研，针对客户提出的透明、光滑、耐磨、平整等需求，开展上百次实验，成功研制出满足上述要求的仿真冰树脂。应用仿真冰树脂铺设的“冰面”，可在炎热地区及室内环境下使用，且具有透明、光滑、耐磨、平整零能耗、免维护、低成本等优点，解决了冰上运动受限于地域和气温的问题，并与企业合作形成材料和场地建设整体解决方案。

目前北化院开发的仿真冰树脂已应用至世界冰壶巡回赛（WCT）亚太总部、学校、商业综合体等多个场景，仿真冰冰壶道获得了权威机构和市场的认可，“全场景”“全地域”助力冰雪运动的普及。下一步，北化院科研团队将继续根据市场需求，结合地域特点和自身材料属性，优化材料性能及整体方案，加大推广力度，助力冰雪运动突破气候条件向热带、亚热带地区拓展，为冰雪运动全球化、全民化贡献科技力量。

作者单位：中国石化北京化工研究院