复合材料弹性体应急灯浮标结构设计和应用前景

　　这篇复合材料论文发表了复合材料弹性体应急灯浮标结构设计和应用前景，目前中国沿海使用的灯浮标主要以直径2.4米的钢制灯浮标为主，这种灯浮标投放时，往往需要专业的航标作业船。论文主要介绍了一种复合材料弹性体应急浮标的研发过程，可用于上述两种情况的航标投放，并分析其应用前景。

　　关键词：材料类论文,复合材料,灯浮标,应急

　　1.项目研发背景

　　在我国沿海航标中，灯浮标的数量占到了60%以上，而这些灯浮标主要是以2.4米直径的钢制灯浮标为主，在长期的使用中，我们发现这种灯浮标具有重量大、装配复杂、搬运/起吊困难、对海上投放装备要求高等缺点。在发生沉船事故，或是航标效能失常等需要开展航标应急反应时，往往需要航标起吊船配合，才能开展航标的投放或吊换作业，加上目前各航标处配备的航标起吊船数量有限，一般都是一个航标处配备一艘，如果起吊船舶此时不在事发水域，或是正在执行其他航行任务，那么如何才能快速有效的完成航标应急修复(或是应急投放)，保障海上船舶航行安全呢?这已成为航标管理者面临的一个难题。

　　另一方面，随着沿海航标及航标配套的船舶都向大型化发展，这将无法兼顾到一些小型航道、天然航道的灯浮标配布。因为这些水域一般都存在水深較浅、水下环境复杂等特点，达不到设置大型浮标的要求，同时，航标起吊船舶也无法进入这些水域开展相关航标作业。

　　目前，航标管理部门对于上述第一个问题，一般都是终止航标起吊船舶正在执行的任务，并立即赶往事发水域完成航标应急任务，如果船舶正在上排维修时，则考虑从市场中租用船舶应对。但是无论采取哪种措施，势必会造成资源的浪费，而且市场上可以执行航标抛设任务的，一般都是一些抓斗船，航标作业时存在较大的安全隐患。

　　对于在小型航道、天然航道的设标，则考虑建设灯桩，但是建设灯桩的成本往往是灯浮标的好几倍，往往需要立项审批，建设周期长，受环境制约因素大。而且很多时候，这种情况下的设标，都是相关业主提出的，资金有限。

　　为此，航标管理人员希望研发一款质量轻、耐腐蚀、投放轻便快捷的复合材料弹性体应急灯浮标，用于解决上述两个难题。

　　2.复合材料弹性体应急灯浮标研发

　　2.1材料的组成

　　复合材料弹性体应急灯浮标由玻璃钢、聚氨酯、聚脲和钢结构连接件等组成。具备了耐腐蚀、强度高、重量轻、防水性能好、抗海水老化能力强等优点。

　　2.2复合材料弹性体应急灯浮标结构设计

　　复合材料弹性体应急灯浮标的结构分两部分成型，上半部包括灯架和干舷部分，下半部为浮标的吃水深度和配重区域，上下两部分成型后法兰边链接，上半法兰边覆盖下法兰边，采用不锈钢螺杆和胶泥固定。

　　2.3复合材料弹性体应急灯浮标的制造技术

　　(1)制做母模

　　根据浮标的形状，制作出母模，具体工艺为，用玻璃钢材料层层铺裹，并使铺层厚达到模具使用要求。当模具有了初步的形状后，依次进行固化、脱模、修整、打磨、抛光、打蜡，是母模达到使用要求。

　　产品的原材料选用：

　　①树脂：我们选择乙烯基酯树脂，这是一种基体树脂，而且具有耐腐蚀性能。

　　②增强材料：表面毡、短切毡、玻璃纤维布。

　　③固化系统：选用过氧化苯甲酰糊—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艺。在制作工程中，重点在应力集中处和吊装力点处，铺设增强材料，进行局部增强。具体做法是根据浮鼓、灯架、望板、电池箱的外形及其受力情况，计算其产品的厚度，确定产品铺层的数量。我们采用经纬的密度为1：1的中碱玻璃纤维布和重量为400克每平方米的短切毡进行铺设，内外表面都统一使用0.18毫米的细布，中间层才用0.4毫米的粗布。

　　(2)上部浮标内填充聚氨酯

　　将聚酯多元醇(白料)和多异氰酸酯(黑料)、催化剂、表面活性剂、发泡剂、其他添加剂等原料一步加入，通过专用设备混合，经高压浇铸现场发泡而成，采用的密度为50公斤每立方米。

　　(3)吊耳及强度材料的安装

　　将左、右两个吊耳的四根脚分别与左、右两边的吊耳钢筋、加强钢筋焊接并与锚链钢筋连接，锚链钢筋的下端焊接有锚链连接扣，置入模具中与上部浮标及下部浮体的玻璃钢外壳整体成型，详见图1：复合材料弹性体应急灯浮标结构示意图。

　　(4)制备成型的本实用新型有如下指标

　　①尺寸：下部浮体1 1直径1200mm;②航标主体重量：80-82KG;③抗冲击强度：250MPa;④吸水率1%以下。

　　3.复合材料弹性体应急灯浮标的应用

　　这款直径1.2米的复合材料弹性体应急灯浮标具有重量轻、耐腐蚀、不易褪色、对水深条件无要求、投放方便等优点，可广泛应用于以下三个方面：

　　3.1灯浮标的应急恢复及应急设标

　　目前，大多数航标处都是只有一艘航标起吊船舶，并且需要同时肩负着好几个沿海港口的航标维护工作。北海航标处目前就仅有一艘航标作业船，需负责整个广西北部湾沿海灯浮标的维护工作，灯浮标将近500座，维护压力大，而且该船船龄已超30年，每年都需要安排一段时间进行上排维修。在船舶安排不过来的时候，航标管理人员只能选择用这种复合材料弹性体应急灯浮标进行应急修复，或应急投放，待船舶适航后再换回钢制灯浮标。

　　3.2水中灯桩倒塌时的临时恢复

　　建在适淹礁上的灯桩，由于其基础长年受海浪的侵蚀而倒塌，航标管理人员面对这种情况，大多会在原基础上设立临时的钢管灯桩，灯桩的重建工作待立项审批后再进行。但在适淹礁上安装钢管灯桩时，作业安全得不到保障，经常都需要委外作业。航标管理人员可在适淹礁航道一侧临时设置复合材料弹性体应急灯浮标，待灯桩重建完成后再撤除。2017年，位于钦州港茅岭江的粗沙墩灯桩，因基础被掏空致倒塌，且原灯桩设置位置已无重建灯桩的基础，因此在原址设置复合材料弹性体应急灯浮标1座，目前仍正常使用。

　　3.3支线航道/天然航道的设标

　　2017年，广西七十二泾海岛保护与开发利用工程中提出设置3座灯浮标的方案，航标的设置主要为了保障进出该水域快艇的安全，该水域连接外海，但中间有一段水域无水深测量资料，周边拉网养殖现象普遍，水下环境复杂，导致航标作业船无法进入该片水域，而且工程经费有限。为此，业主设置了3座复合材料弹性体应急灯浮标，目前仍正常使用。

　　4.应用前景

　　复合材料弹性体应急灯浮标具有重量轻、耐腐蚀、不易褪色、对水深条件无要求、投放方便等优点，可人工投放，在无起吊作业船的情况下可以采用应急人工投放，应急投放沉船示位标等助航标志或恢复航标效能，保障辖区通航安全。待条件许可时再调派起吊船舶回收浮标，同时又可重复利用。支线航道、海岛旅游开发等情况下的设标也可采用此类灯浮标。目前，该型灯浮标还应用在了西南沙的航标设置，2017年设置的所有此类航标，目前仍正常使用中，并且台风过后也未出现移位现象。

　　参考文献：

　　[1]张军科.水性聚氨酯研究进展[J].化学与黏合，2010(05).

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