復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)的研究及應(yīng)用前景分析

周健華

摘 要：目前中國(guó)沿海使用的燈浮標(biāo)主要以直徑2.4米的鋼制燈浮標(biāo)為主，這種燈浮標(biāo)投放時(shí)，往往需要專業(yè)的航標(biāo)作業(yè)船。而每一個(gè)海區(qū)配備的航標(biāo)作業(yè)船舶有限，如果在航標(biāo)應(yīng)急作業(yè)中投放這種浮標(biāo)的話，將大大制約了航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)的速度。此外，一些支線、天然航道等水深條件不足，大型航標(biāo)船無(wú)法進(jìn)入等情況時(shí)有發(fā)生，同樣無(wú)法投放大型鋼制浮標(biāo)。本文主要介紹了一種復(fù)合材料彈性體應(yīng)急浮標(biāo)的研發(fā)過(guò)程，可用于上述兩種情況的航標(biāo)投放，并分析其應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料 燈浮標(biāo) 應(yīng)急

1.項(xiàng)目研發(fā)背景

在我國(guó)沿海航標(biāo)中，燈浮標(biāo)的數(shù)量占到了60%以上，而這些燈浮標(biāo)主要是以2.4米直徑的鋼制燈浮標(biāo)為主，在長(zhǎng)期的使用中，我們發(fā)現(xiàn)這種燈浮標(biāo)具有重量大、裝配復(fù)雜、搬運(yùn)/起吊困難、對(duì)海上投放裝備要求高等缺點(diǎn)。在發(fā)生沉船事故，或是航標(biāo)效能失常等需要開(kāi)展航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)時(shí)，往往需要航標(biāo)起吊船配合，才能開(kāi)展航標(biāo)的投放或吊換作業(yè)，加上目前各航標(biāo)處配備的航標(biāo)起吊船數(shù)量有限，一般都是一個(gè)航標(biāo)處配備一艘，如果起吊船舶此時(shí)不在事發(fā)水域，或是正在執(zhí)行其他航行任務(wù)，那么如何才能快速有效的完成航標(biāo)應(yīng)急修復(fù)（或是應(yīng)急投放），保障海上船舶航行安全呢？這已成為航標(biāo)管理者面臨的一個(gè)難題。

另一方面，隨著沿海航標(biāo)及航標(biāo)配套的船舶都向大型化發(fā)展，這將無(wú)法兼顧到一些小型航道、天然航道的燈浮標(biāo)配布。因?yàn)檫@些水域一般都存在水深較淺、水下環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，達(dá)不到設(shè)置大型浮標(biāo)的要求，同時(shí)，航標(biāo)起吊船舶也無(wú)法進(jìn)入這些水域開(kāi)展相關(guān)航標(biāo)作業(yè)。

目前，航標(biāo)管理部門(mén)對(duì)于上述第一個(gè)問(wèn)題，一般都是終止航標(biāo)起吊船舶正在執(zhí)行的任務(wù)，并立即趕往事發(fā)水域完成航標(biāo)應(yīng)急任務(wù)，如果船舶正在上排維修時(shí)，則考慮從市場(chǎng)中租用船舶應(yīng)對(duì)。但是無(wú)論采取哪種措施，勢(shì)必會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且市場(chǎng)上可以執(zhí)行航標(biāo)拋設(shè)任務(wù)的，一般都是一些抓斗船，航標(biāo)作業(yè)時(shí)存在較大的安全隱患。

對(duì)于在小型航道、天然航道的設(shè)標(biāo)，則考慮建設(shè)燈樁，但是建設(shè)燈樁的成本往往是燈浮標(biāo)的好幾倍，往往需要立項(xiàng)審批，建設(shè)周期長(zhǎng)，受環(huán)境制約因素大。而且很多時(shí)候，這種情況下的設(shè)標(biāo)，都是相關(guān)業(yè)主提出的，資金有限。

為此，航標(biāo)管理人員希望研發(fā)一款質(zhì)量輕、耐腐蝕、投放輕便快捷的復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)，用于解決上述兩個(gè)難題。

2.復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)研發(fā)

2.1材料的組成

復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)由玻璃鋼、聚氨酯、聚脲和鋼結(jié)構(gòu)連接件等組成。具備了耐腐蝕、強(qiáng)度高、重量輕、防水性能好、抗海水老化能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)分兩部分成型，上半部包括燈架和干舷部分，下半部為浮標(biāo)的吃水深度和配重區(qū)域，上下兩部分成型后法蘭邊鏈接，上半法蘭邊覆蓋下法蘭邊，采用不銹鋼螺桿和膠泥固定。

2.3復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)的制造技術(shù)

（1）制做母模

根據(jù)浮標(biāo)的形狀，制作出母模，具體工藝為，用玻璃鋼材料層層鋪裹，并使鋪層厚達(dá)到模具使用要求。當(dāng)模具有了初步的形狀后，依次進(jìn)行固化、脫模、修整、打磨、拋光、打蠟，是母模達(dá)到使用要求。

產(chǎn)品的原材料選用：

①樹(shù)脂：我們選擇乙烯基酯樹(shù)脂，這是一種基體樹(shù)脂，而且具有耐腐蝕性能。

②增強(qiáng)材料：表面氈、短切氈、玻璃纖維布。

③固化系統(tǒng)：選用過(guò)氧化苯甲酰糊—二甲基苯胺的苯乙烯溶液。

成型方法：采用手糊成型的制作工藝。在制作工程中，重點(diǎn)在應(yīng)力集中處和吊裝力點(diǎn)處，鋪設(shè)增強(qiáng)材料，進(jìn)行局部增強(qiáng)。具體做法是根據(jù)浮鼓、燈架、望板、電池箱的外形及其受力情況，計(jì)算其產(chǎn)品的厚度，確定產(chǎn)品鋪層的數(shù)量。我們采用經(jīng)緯的密度為1：1的中堿玻璃纖維布和重量為400克每平方米的短切氈進(jìn)行鋪設(shè)，內(nèi)外表面都統(tǒng)一使用0.18毫米的細(xì)布，中間層才用0.4毫米的粗布。

（2）上部浮標(biāo)內(nèi)填充聚氨酯

將聚酯多元醇（白料）和多異氰酸酯（黑料）、催化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑、其他添加劑等原料一步加入，通過(guò)專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓澆鑄現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡而成，采用的密度為50公斤每立方米。

（3）吊耳及強(qiáng)度材料的安裝

將左、右兩個(gè)吊耳的四根腳分別與左、右兩邊的吊耳鋼筋、加強(qiáng)鋼筋焊接并與錨鏈鋼筋連接，錨鏈鋼筋的下端焊接有錨鏈連接扣，置入模具中與上部浮標(biāo)及下部浮體的玻璃鋼外殼整體成型，詳見(jiàn)圖1：復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。

（4）制備成型的本實(shí)用新型有如下指標(biāo)

①尺寸：下部浮體1 1直徑1200mm；②航標(biāo)主體重量：80-82KG；③抗沖擊強(qiáng)度：250MPa；④吸水率1%以下。

3.復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)的應(yīng)用

這款直徑1.2米的復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)具有重量輕、耐腐蝕、不易褪色、對(duì)水深條件無(wú)要求、投放方便等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于以下三個(gè)方面：

3.1燈浮標(biāo)的應(yīng)急恢復(fù)及應(yīng)急設(shè)標(biāo)

目前，大多數(shù)航標(biāo)處都是只有一艘航標(biāo)起吊船舶，并且需要同時(shí)肩負(fù)著好幾個(gè)沿海港口的航標(biāo)維護(hù)工作。北海航標(biāo)處目前就僅有一艘航標(biāo)作業(yè)船，需負(fù)責(zé)整個(gè)廣西北部灣沿海燈浮標(biāo)的維護(hù)工作，燈浮標(biāo)將近500座，維護(hù)壓力大，而且該船船齡已超30年，每年都需要安排一段時(shí)間進(jìn)行上排維修。在船舶安排不過(guò)來(lái)的時(shí)候，航標(biāo)管理人員只能選擇用這種復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)進(jìn)行應(yīng)急修復(fù)，或應(yīng)急投放，待船舶適航后再換回鋼制燈浮標(biāo)。

3.2水中燈樁倒塌時(shí)的臨時(shí)恢復(fù)

建在適淹礁上的燈樁，由于其基礎(chǔ)長(zhǎng)年受海浪的侵蝕而倒塌，航標(biāo)管理人員面對(duì)這種情況，大多會(huì)在原基礎(chǔ)上設(shè)立臨時(shí)的鋼管燈樁，燈樁的重建工作待立項(xiàng)審批后再進(jìn)行。但在適淹礁上安裝鋼管燈樁時(shí)，作業(yè)安全得不到保障，經(jīng)常都需要委外作業(yè)。航標(biāo)管理人員可在適淹礁航道一側(cè)臨時(shí)設(shè)置復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)，待燈樁重建完成后再撤除。2017年，位于欽州港茅嶺江的粗沙墩燈樁，因基礎(chǔ)被掏空致倒塌，且原燈樁設(shè)置位置已無(wú)重建燈樁的基礎(chǔ)，因此在原址設(shè)置復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)1座，目前仍正常使用。

3.3支線航道/天然航道的設(shè)標(biāo)

2017年，廣西七十二涇海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用工程中提出設(shè)置3座燈浮標(biāo)的方案，航標(biāo)的設(shè)置主要為了保障進(jìn)出該水域快艇的安全，該水域連接外海，但中間有一段水域無(wú)水深測(cè)量資料，周邊拉網(wǎng)養(yǎng)殖現(xiàn)象普遍，水下環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致航標(biāo)作業(yè)船無(wú)法進(jìn)入該片水域，而且工程經(jīng)費(fèi)有限。為此，業(yè)主設(shè)置了3座復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)，目前仍正常使用。

4.應(yīng)用前景

復(fù)合材料彈性體應(yīng)急燈浮標(biāo)具有重量輕、耐腐蝕、不易褪色、對(duì)水深條件無(wú)要求、投放方便等優(yōu)點(diǎn)，可人工投放，在無(wú)起吊作業(yè)船的情況下可以采用應(yīng)急人工投放，應(yīng)急投放沉船示位標(biāo)等助航標(biāo)志或恢復(fù)航標(biāo)效能，保障轄區(qū)通航安全。待條件許可時(shí)再調(diào)派起吊船舶回收浮標(biāo)，同時(shí)又可重復(fù)利用。支線航道、海島旅游開(kāi)發(fā)等情況下的設(shè)標(biāo)也可采用此類燈浮標(biāo)。目前，該型燈浮標(biāo)還應(yīng)用在了西南沙的航標(biāo)設(shè)置，2017年設(shè)置的所有此類航標(biāo)，目前仍正常使用中，并且臺(tái)風(fēng)過(guò)后也未出現(xiàn)移位現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍科.水性聚氨酯研究進(jìn)展[J].化學(xué)與黏合，2010（05）.