《133安全可靠的搭载聚脲弹性体浮标宋学刚》由会员分享，可在线阅读，更多相关《133安全可靠的搭载聚脲弹性体浮标宋学刚（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、安全可靠的搭载平台 聚脲弹性体浮标作者： 宋学刚 珠海天岳科技有限公司 珠海市香洲区康宁路109号2-502 519000 宋 薇 加拿大University of New Brunswick经济硕士 211-6335 Thunderbird Crescent, Vancouver, BC, V6T 2G9 Canada摘 要介绍一种新型浮标 聚脲弹性体浮标技术原理、基本结构、制造方法以及主要功能。聚脲弹性体浮标不仅是优良的助航设备，也是安全可靠的水上搭载平台。具有耐冲击、耐腐蚀、重量轻、搭载能力强、免维护时间长、安全可靠的特性。关 键 词浮标 监测浮标 聚脲弹性体浮标 材料 结构 功能 特性
2、1、发展与现状1.1引言浮标是保证水上运输及船舶安全航行的重要助航设施，也是海洋环境监测、海洋勘探研究的重要平台。目前，钢质浮标的数量在目视航标、搭载平台中占绝对多数，运用非常普遍。但是钢质浮标由于存在不耐冲击、质量重、易腐蚀、维护保养难度大、后续成本高等缺点，不能满足轻量化、多样化、专业化、安全化的功能要求。因此，研究和改造浮标结构、材料，是世界各国航标工作者十分关注的事。1.2发展历程据零星资料记载，浮标制造材料经历了从木质、铁制、钢制到玻璃钢、塑料的发展历程。德国哈特默特、尔迪格工程师说，“发现1500年佛兰德沿海海图上浮标插图和1517世纪许多海图上浮标插图都一样尖顶的、锥形空心木制容
3、器，其制造方法类似加工啤酒桶一样”。后来，铁制铆接浮标替代了木桶形浮标。我国早期曾经用过铁质铆接浮标，它的图形已提供给“中国航标史”。随着焊接技术的发展和普及，上世纪初，世界上有了第一艘全焊接船，有理由推论，我们今天使用的钢质焊接浮标已有近百年的历史。20世纪40年代出现的塑料，立即引起航标制造业的兴趣。1957年AGA公司开始设计生产玻璃钢塑料浮标，60年代苏联、德国等一些国家试验在钢质浮标内填充泡沫，以提高抗沉性。1973年荷兰灯塔技术部设计制造以聚苯乙烯泡沫为原料的低成本“一次性”浮标，试图推行“扔掉”而不加保养的哲学。70年代以来，美国海岸警卫队一直有计划、有规模的试验与使用轻质塑料浮
4、标。80年代开始研究离子聚合物泡沫浮标，至90年代制造技术日臻成熟。80年代以来，我国海军和交通部门先后开展了玻璃钢、聚乙烯浮标的研制工作。大家研究的一致目标，就是使用轻质、抗腐蚀材料制造具有较强抗碰撞、抗损坏能力的浮标，提高浮标的适用性和经济性。1.3监测浮标随着海洋经济的发展，浮标在助航领域得到了较快发展。但是发展更快的, 是各种轻量化、专业化的新型浮标。它们包括监测、勘探、气象、渔业、军事等用途的浮标。在这些领域浮标的助航作用将弱化，而突显的则是专业用途。可以预期，系列化、网络化的监测浮标将会逐步形成一个新兴的产业集群。监测需要仪器设备，仪器设备需要搭载平台，通常情况下浮标被认为是最佳选
5、择，因为它实用、经济。在美国海岸，数千座环境监测浮标已形成网络，长期连续执行着环境监测任务。而在我国，水域监测浮标仅局限于科学研究部门和工程勘探领域。在绵长复杂的海岸线和众多的江河湖泊中，只有数量极少的监测浮标，它们无法对自然环境突变或工业化进程带来的污染等问题进行有效监控。 我们需要建立一个系统，一个目的性强，高效率的长期监控网络系统。2、材料与结构2.1设计需要一种浮标。无论用作助航还是用作搭载平台, 都需要一种同时具有耐冲击、耐腐蚀、重量轻、搭载能力强、免维护时间长、安全可靠的浮标。聚脲弹性体浮标，符合上述要求。聚脲弹性体灯浮标的设计严格遵循GB4696-1999中国海区助航标志, GB
6、T1616196中国海区水上助航标志形状显示规定，GB841687视觉信号表面色等国家和交通部标准的规定。浮标采用组合模式，分灯架、浮体及尾管，便于装配、运输和更换。2.2浮体浮体是浮标的核心部件，聚脲弹性体浮标的浮体是实芯结构，由弹性内芯和包覆在其表面的弹性保护层组成，内芯和保护层紧密结合，中间无间隙，受到冲击会产生压缩变形，冲击力消失后立即弹性复原。2.3浮体内芯浮体弹性内芯由乙烯醋酸乙烯聚合物加改性剂、助剂，经中温高压发泡，生成微孔泡沫材料，再经机械加工，形成所需形状。微孔泡沫为闭孔状态，吸水率很低，重量轻、浮力大，自身具有较好的机械物理性能，能大量吸收冲击能量，是表层防冲层的有效补充。
7、表1高分子微孔泡沫材料物性表项 目1#材料2#材料3#材料密度（/m3）314871硬度（邵A）223848拉伸强度（/2）3.55.48.2扯断伸长率（%）130157148斯裂强度（/）1.842.934.06吸水率（g/3）0.00070.00040.00102.4聚脲弹性体保护层喷涂聚脲弹性体加工技术，是国际上近十几年来发展起来的新技术，这项技术引入航标领域，改变了传统浮标的制造方法，实现了设计思想、技术路线的创新。已公布多项国家专利和海军标准。聚脲弹性体由异氰酸酯组分（A组分）与氨基化合物组分（R组分），经专用设备高压快速混合反应，喷涂在内芯及部分钢构件表面，瞬间固化，形成任意厚度，
8、任意形状的弹性保护层，这种材料具有极佳的物理性能和化学性能，耐冲击、耐腐蚀、耐磨损、重量轻、寿命长。是钢铁材料无法比拟的。表2聚脲弹性体物理机械性能项 目指 标固含量(%)大于99拉伸强度(Mpa)大于14断裂伸长率(%)大于300撕裂强度(N/)大于30抗冲击强度()大于40低温柔韧性(-45)不断裂硬度(邵A)8595密度(g/3)0.951.10不透水性（0.5mpa.24h）无渗水现象2.5内部结构为了增强浮体强度和更好的联接灯架及平衡尾管，浮体内部结构呈现了多样性，可以根据需要钻孔、开仓室、预埋配件。2.5.1小型浮标将浮体和贯穿其轴心的中心管固定在一起，上下由法兰承载灯器及平衡尾座
9、。小型浮标灵活轻便，配有塑胶缆绳和海军锚，12人用小船即可投放与回收，非常利于应急布标。2.5.2中型浮标将上压板、下托板及联接杆和浮体联接为一体，以承载灯架、电源系统、仪器仓及平衡尾座。2.5.3大型浮标将上压板、下托板、中心管、联接杆和浮体联接为一体，形成稳固的工字形承重结构，以承载灯架、电源系统、仪器仓及平衡尾管。3、功能与特性3.1高抗冲聚脲弹性体浮标重量轻, 在遭受冲击时会弹开、避让，减少对自身和来袭船舶的损坏。另外，在高分子材料中，弹性物质的耐冲击性能最佳，浮体内芯和保护层都是物性良好的弹性材料，能够抵抗持续严重的猛烈冲击和挤压，不沉、不碎、不易损坏，即使出现小的损坏，也可修可补，
10、零部件可拆可换。3.1.1试验试验浮标：1.2m聚脲弹性体浮标, 试验地点：镇海航标处海域，400吨航标工作船以10节航速正面多次冲击，航标无损伤。3.1.2试验试验浮标：1.0m聚脲弹性体浮标，用1200吨压力机将浮体压缩50%，卸压后浮体立即恢复原状，无损伤。3.1.3试验试验浮标：0.8m聚脲弹性体浮标，用10吨履带式重型挖掘机将浮标压缩80%，然后进行反复碾轧, 碾轧结束后浮体随即恢复原状，无损伤。本项试验是随机的，其说服力和震撼力明显优于其他试验。3.2耐腐蚀聚脲弹性体有优异的耐腐蚀能力，不会像钢铁那样锈蚀，并由此带来大量维修保养的麻烦。最早投入使用的聚脲弹性体浮标已经超过3年时间，
11、它们布设在北海、东海、南海海区，至今未收到关于浮体受到腐蚀或损坏的报告，包括酸碱、盐雾和海水腐蚀。在防止海生物附着方面也表现出良好的特性：天津、秦皇岛等海域设置的聚脲弹性体冰区航标，每年在10月份至次年4月份投放，使用半年时间内无海生物附着。在水温、盐份较高的南海海域，海生物附着轻微。川岛海军基地设置的聚脲弹性体浮标使用3年后上岸维护，只有少量附着物，并且极易清除。3.3搭载能力好的浮标应该具备好的搭载能力, 包括承载更多锚链重量，以抛设在更深的水域；包括能承载更多的仪器、设备仓室和光电通讯系统，使用空间得到充分利用，而无需因荷载能力不足，换用更大规格的浮标；也包括维修人员在浮标上能够安全平稳
12、的操作。3.3.1储备浮力 在相同体积下聚脲弹性体浮标具有更多的储备浮力，因为它重量轻。一座2.4m浮标重约2500，只有钢质浮标的50%，多余的储备浮力通常表现为较高的干舷高度，增大显形面积。需要的时候转换为搭载能力，对于专用浮标来说，这种能力至关重要。3.3.2稳性聚脲弹性体浮标不会因提高搭载能力而影响稳性，相反，因为电源系统、仪器仓、探测仪可以嵌入浮体内部会使重心下移，增加浮标稳性。如果想进一步提高稳性，只需在浮标尾座内增加配重。浮标尾座被设计成可按计算要求增减配重压载以调整浮心、重心和稳心，但是在外表看起来它们没有任何区别，所有的配重、压载均被密封在相同形状的尾座之内。3.3.3灵活性
13、聚脲弹性体浮标根据设计者的构想，可以方便地安装灯光、电源、雷达指示、探测仪器、数据传输系统及所需的各种模块。有时这些系统更适合安装在浮体内部。这种灵活性得益于浮标制造技术。首先，在制造弹性内芯时就可以按照设计构想完成各种布局，其次，喷涂聚脲弹性体技术不需要外形模具，浮标可以被制造成各种形状，这种多样性正是专用浮标所需要的。3.4安全性我国海域每年有数十座大型浮标漂失和沉没，造成经济损失和社会影响。对于监测浮标而言，引发监测仪器受损，数据丢失的原因不单是浮标本身遭到损坏，像密封仓泄漏等一些不明显的缺陷也会造成严重的后果。聚脲弹性体浮标比其他材质的浮标更容易建立密封系统，弹性泡沫可以紧紧裹住仓室，
14、仓室处于一个特殊的大减震器之中，仪器受损率会降低。浮标受到人为破坏是现实而棘手的问题，聚脲弹性体浮标即使受到枪击也不会损坏，却不能阻止对浮标部件的人为破坏，在设计时可以考虑采用异形螺丝，强磁开启器等防盗措施。这些措施只能相对提高安全系数，并不奢望阻止人为破坏的发生。参考文献1、第九届IALA国际航标会议论文集、 关于浮标标准化方向2、第九届IALA国际航标会议论文集、 关于浮标标准化方向3、国外航标标准、资料汇编 海上助航设备浮标和杆形浮标4、第九届IALA国际航标会议论文集、 关于浮标标准化方向5、第十一届IALA国际航标会议论文集、 美国海岸警卫队近期在浮标和锚泊设备的发展6、黄微波等 喷涂聚脲弹性体技术 化学工业出版社20057、中国发明专利 发明人宋学刚 专利号ZL200410015245.8 8、中国人民解放军海军标准HJB92-2007聚脲弹性体浮标通用规范4
