復合材料彈性體應急燈浮標的研究及應用前景分析

周健華

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

關鍵詞：復合材料 燈浮標 應急

1.項目研發(fā)背景

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

另一方面，隨著沿海航標及航標配套的船舶都向大型化發(fā)展，這將無法兼顧到一些小型航道、天然航道的燈浮標配布。因為這些水域一般都存在水深較淺、水下環(huán)境復雜等特點，達不到設置大型浮標的要求，同時，航標起吊船舶也無法進入這些水域開展相關航標作業(yè)。

目前，航標管理部門對于上述第一個問題，一般都是終止航標起吊船舶正在執(zhí)行的任務，并立即趕往事發(fā)水域完成航標應急任務，如果船舶正在上排維修時，則考慮從市場中租用船舶應對。但是無論采取哪種措施，勢必會造成資源的浪費，而且市場上可以執(zhí)行航標拋設任務的，一般都是一些抓斗船，航標作業(yè)時存在較大的安全隱患。

對于在小型航道、天然航道的設標，則考慮建設燈樁，但是建設燈樁的成本往往是燈浮標的好幾倍，往往需要立項審批，建設周期長，受環(huán)境制約因素大。而且很多時候，這種情況下的設標，都是相關業(yè)主提出的，資金有限。

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

2.復合材料彈性體應急燈浮標研發(fā)

2.1材料的組成

復合材料彈性體應急燈浮標由玻璃鋼、聚氨酯、聚脲和鋼結構連接件等組成。具備了耐腐蝕、強度高、重量輕、防水性能好、抗海水老化能力強等優(yōu)點。

2.2復合材料彈性體應急燈浮標結構設計

復合材料彈性體應急燈浮標的結構分兩部分成型，上半部包括燈架和干舷部分，下半部為浮標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復合材料彈性體應急燈浮標的制造技術

（1）制做母模

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

產品的原材料選用：

①樹脂：我們選擇乙烯基酯樹脂，這是一種基體樹脂，而且具有耐腐蝕性能。

②增強材料：表面氈、短切氈、玻璃纖維布。

③固化系統(tǒng)：選用過氧化苯甲酰糊—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，重點在應力集中處和吊裝力點處，鋪設增強材料，進行局部增強。具體做法是根據浮鼓、燈架、望板、電池箱的外形及其受力情況，計算其產品的厚度，確定產品鋪層的數量。我們采用經緯的密度為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行鋪設，內外表面都統(tǒng)一使用0.18毫米的細布，中間層才用0.4毫米的粗布。

（2）上部浮標內填充聚氨酯

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，通過專用設備混合，經高壓澆鑄現場發(fā)泡而成，采用的密度為50公斤每立方米。

（3）吊耳及強度材料的安裝

將左、右兩個吊耳的四根腳分別與左、右兩邊的吊耳鋼筋、加強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及下部浮體的玻璃鋼外殼整體成型，詳見圖1：復合材料彈性體應急燈浮標結構示意圖。

（4）制備成型的本實用新型有如下指標

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

3.復合材料彈性體應急燈浮標的應用

這款直徑1.2米的復合材料彈性體應急燈浮標具有重量輕、耐腐蝕、不易褪色、對水深條件無要求、投放方便等優(yōu)點，可廣泛應用于以下三個方面：

3.1燈浮標的應急恢復及應急設標

目前，大多數航標處都是只有一艘航標起吊船舶，并且需要同時肩負著好幾個沿海港口的航標維護工作。北海航標處目前就僅有一艘航標作業(yè)船，需負責整個廣西北部灣沿海燈浮標的維護工作，燈浮標將近500座，維護壓力大，而且該船船齡已超30年，每年都需要安排一段時間進行上排維修。在船舶安排不過來的時候，航標管理人員只能選擇用這種復合材料彈性體應急燈浮標進行應急修復，或應急投放，待船舶適航后再換回鋼制燈浮標。

3.2水中燈樁倒塌時的臨時恢復

建在適淹礁上的燈樁，由于其基礎長年受海浪的侵蝕而倒塌，航標管理人員面對這種情況，大多會在原基礎上設立臨時的鋼管燈樁，燈樁的重建工作待立項審批后再進行。但在適淹礁上安裝鋼管燈樁時，作業(yè)安全得不到保障，經常都需要委外作業(yè)。航標管理人員可在適淹礁航道一側臨時設置復合材料彈性體應急燈浮標，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，因基礎被掏空致倒塌，且原燈樁設置位置已無重建燈樁的基礎，因此在原址設置復合材料彈性體應急燈浮標1座，目前仍正常使用。

3.3支線航道/天然航道的設標

2017年，廣西七十二涇海島保護與開發(fā)利用工程中提出設置3座燈浮標的方案，航標的設置主要為了保障進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水深測量資料，周邊拉網養(yǎng)殖現象普遍，水下環(huán)境復雜，導致航標作業(yè)船無法進入該片水域，而且工程經費有限。為此，業(yè)主設置了3座復合材料彈性體應急燈浮標，目前仍正常使用。

4.應用前景

復合材料彈性體應急燈浮標具有重量輕、耐腐蝕、不易褪色、對水深條件無要求、投放方便等優(yōu)點，可人工投放，在無起吊作業(yè)船的情況下可以采用應急人工投放，應急投放沉船示位標等助航標志或恢復航標效能，保障轄區(qū)通航安全。待條件許可時再調派起吊船舶回收浮標，同時又可重復利用。支線航道、海島旅游開發(fā)等情況下的設標也可采用此類燈浮標。目前，該型燈浮標還應用在了西南沙的航標設置，2017年設置的所有此類航標，目前仍正常使用中，并且臺風過后也未出現移位現象。

參考文獻：

[1]張軍科.水性聚氨酯研究進展[J].化學與黏合，2010（05）.