海化院领跑深海固体浮力材料国产化进程
随着建设海洋强国战略的提出,我国进一步加大了对深海的开发力度,目前主要是利用载人或无人深潜器在深海中进行观察、摄影、测量、取样,设置必要的仪器设施,或是开展水下作业等。而要解决深潜拖体、深潜器和水下机器人等的耐压性、结构稳定性问题,并为其提供足够的净浮力,深海固体浮力材料就成为必不可少的元素。
固体浮力材料是发展现代深潜技术的重要组成部分,对保证潜器所必需的浮力、提高潜器的有效载荷,减小其外形尺寸等有着重要的作用,尤其体现在大深度的潜器中。深海装备下潜的深度越大,受到的压力就越大,这意味着固体浮力材料必须有良好的耐压性。固体浮力材料需长期浸泡在水中,这要求其必须耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。在海洋中,每增加100米深度,物体受到的压强就将增加约10个大气压,即1兆帕。因此,深海中使用的固体浮力材料,既需具有极高的强度,也要有很低的密度。浮力材料的密度与抗压强度指标是相对立的,凡是密度小的材料,其抗压强度一般都低;而强度高的材料,其密度又较大。如何实现这对矛盾的对立统一,是研究制造材料的关键。
海化院是我国较早开展深海固体浮力材料研发的机构,曾参与了从国外引进“蛟龙”号深海固体浮力材料的技术谈判和商务谈判工作。当时,我国还不能生产7000米以下深的载人深潜器所需的固体浮力材料,基本是从国外引进的。这类产品不仅科研价值较大,对实施海洋强国战略也有重要的作用。1992年,海化院专门成立了轻质耐压复合材料课题组,并成功研发出可加工固体浮力材料。该产品是一种低密度、高强度无毒、无害、无味的轻质耐压复合材料,属于特种海洋工程材料,具有密度低、耐压强度高、吸水率低且稳定、可机械加工性与耐候性好、对环境无污染等特点。到目前为止,这个项目已经获得了10项发明授权。RECON-IV型水下机器人、“海极”号和“海潜Ⅱ”号水下机器人、我国自主和遥控混合型水下机器人“北极ARV”、“海龙”号3500米深海取样型无人遥控潜水器、4500米深海作业系统等都采用了海化院制作的固体浮力材料。为实现水下11000米,突破浮力材料在应用方面的限制,海化院开始转向研制可加工固体浮力材料。该院使用环氧树脂和空心玻璃微珠做成的浮力材料,通过增加浮力材料的体积,减小浮力材料的密度,从而增加浮体的排水量,起到增大浮力的作用。目前,海化院生产的深海固体浮力材料已形成从水面至水下11000米全海深用系列化产品,性能达到国际先进水平,技术处于国内水平。
空心玻璃微珠是突破技术的关键点。一颗玻璃微珠的直径只有100微米,也就是说,10颗玻璃微珠排在一起也只有1毫米,如果拿在手里看才能清晰地看到一个个玻璃球。这种“体质”使得空心玻璃微珠密度小、抗压性能强。采用这种新型工艺生产的固体浮力材料有着良好的耐候性和耐海水性。海化院为“彩虹鱼”号提供的深海固体浮力材料密度小于0.7,耐压强度超过140兆帕,安全系数可达1.27倍,技术水平已经超过了国外某国的同类产品。
随着深海固体浮力材料在开发海洋中的重要性日益凸显,我国开始不断加大深海固体浮力材料的研发力度。目前,国内已有十几家企业和科研机构院所在进行深海固体浮力材料的研发,仅在青岛就有4家企业。在研发技术方面,我国先后采用了化学发泡法、环氧树脂和空心玻璃微珠等生产固体浮力材料。其中,海化院使用环氧树脂和空心玻璃微珠做成的浮力材料,通过增加浮力材料的体积,减小浮力材料的密度,增加浮体的排水量,起到增大浮力的作用。目前,我国已经形成了具有自主知识产权的浮力材料系列产品,并得到了广泛的应用。作为国内该领域的“领头羊”,海化院的年产能达到了1500立方米,累计实现销售收入已超过2000万元,有进一步扩大产能的计划。由哈尔滨工程大学提供技术支持,台州中浮新材料科技股份有限公司年产能达到200万立方米的深水浮力材料自动化生产线已经投产。同时,深海固体浮力材料全面国产化不仅摆脱了我国长期依赖进口的局面,而且为我国深海装备走向深海节省了大量成本。
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固体浮力材料是发展现代深潜技术的重要组成部分,对保证潜器所必需的浮力、提高潜器的有效载荷,减小其外形尺寸等有着重要的作用,尤其体现在大深度的潜器中。深海装备下潜的深度越大,受到的压力就越大,这意味着固体浮力材料必须有良好的耐压性。固体浮力材料需长期浸泡在水中,这要求其必须耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。在海洋中,每增加100米深度,物体受到的压强就将增加约10个大气压,即1兆帕。因此,深海中使用的固体浮力材料,既需具有极高的强度,也要有很低的密度。浮力材料的密度与抗压强度指标是相对立的,凡是密度小的材料,其抗压强度一般都低;而强度高的材料,其密度又较大。如何实现这对矛盾的对立统一,是研究制造材料的关键。
海化院是我国较早开展深海固体浮力材料研发的机构,曾参与了从国外引进“蛟龙”号深海固体浮力材料的技术谈判和商务谈判工作。当时,我国还不能生产7000米以下深的载人深潜器所需的固体浮力材料,基本是从国外引进的。这类产品不仅科研价值较大,对实施海洋强国战略也有重要的作用。1992年,海化院专门成立了轻质耐压复合材料课题组,并成功研发出可加工固体浮力材料。该产品是一种低密度、高强度无毒、无害、无味的轻质耐压复合材料,属于特种海洋工程材料,具有密度低、耐压强度高、吸水率低且稳定、可机械加工性与耐候性好、对环境无污染等特点。到目前为止,这个项目已经获得了10项发明授权。RECON-IV型水下机器人、“海极”号和“海潜Ⅱ”号水下机器人、我国自主和遥控混合型水下机器人“北极ARV”、“海龙”号3500米深海取样型无人遥控潜水器、4500米深海作业系统等都采用了海化院制作的固体浮力材料。为实现水下11000米,突破浮力材料在应用方面的限制,海化院开始转向研制可加工固体浮力材料。该院使用环氧树脂和空心玻璃微珠做成的浮力材料,通过增加浮力材料的体积,减小浮力材料的密度,从而增加浮体的排水量,起到增大浮力的作用。目前,海化院生产的深海固体浮力材料已形成从水面至水下11000米全海深用系列化产品,性能达到国际先进水平,技术处于国内水平。
空心玻璃微珠是突破技术的关键点。一颗玻璃微珠的直径只有100微米,也就是说,10颗玻璃微珠排在一起也只有1毫米,如果拿在手里看才能清晰地看到一个个玻璃球。这种“体质”使得空心玻璃微珠密度小、抗压性能强。采用这种新型工艺生产的固体浮力材料有着良好的耐候性和耐海水性。海化院为“彩虹鱼”号提供的深海固体浮力材料密度小于0.7,耐压强度超过140兆帕,安全系数可达1.27倍,技术水平已经超过了国外某国的同类产品。
随着深海固体浮力材料在开发海洋中的重要性日益凸显,我国开始不断加大深海固体浮力材料的研发力度。目前,国内已有十几家企业和科研机构院所在进行深海固体浮力材料的研发,仅在青岛就有4家企业。在研发技术方面,我国先后采用了化学发泡法、环氧树脂和空心玻璃微珠等生产固体浮力材料。其中,海化院使用环氧树脂和空心玻璃微珠做成的浮力材料,通过增加浮力材料的体积,减小浮力材料的密度,增加浮体的排水量,起到增大浮力的作用。目前,我国已经形成了具有自主知识产权的浮力材料系列产品,并得到了广泛的应用。作为国内该领域的“领头羊”,海化院的年产能达到了1500立方米,累计实现销售收入已超过2000万元,有进一步扩大产能的计划。由哈尔滨工程大学提供技术支持,台州中浮新材料科技股份有限公司年产能达到200万立方米的深水浮力材料自动化生产线已经投产。同时,深海固体浮力材料全面国产化不仅摆脱了我国长期依赖进口的局面,而且为我国深海装备走向深海节省了大量成本。
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