既輕又耐腐蝕的復材封蓋,蘊含巨大的市場潛力

   雖然復合材料理論上可以用于各種應用,但在實踐中,其主要用途仍然傾向于海洋、風能、航空航天和賽車等領域。其中,復合材料鮮為人知的應用之一是檢修孔或地溝蓋。本文就復材封蓋使用的優勢及不斷增長的應用和未來發展進行了探討。
  這是26年前發生在英國一個汽油(氣)站一件事。這家由Esso UK(埃索美孚公司旗下)所擁有的加油站希望通過某種方式來提升員工的健康和安全問題,因為員工們不得不提起非常沉重的鋼制井蓋。除了對男性員工構成危險外,對于女性員工來說,這些蓋子也是太重了,而在20世紀80年代初期女性員工的數量正越來越多。因此,Esso開始與位于英國北約克郡Skipton的Fibrelite公司開展合作,后者當時是生產玻璃鋼槽的公司。為解決這個問題,兩家公司打破常規——使用玻璃纖維增強(GFR)復合材料來制造井蓋。這個原型是如此成功,以至于Esso迅速將這種封蓋作為性標準,而且接下來成為大多數主要加油站的指定封蓋。
  在2013年,Fibrelite被OPW公司收購,OPW隸屬于總部設在美國伊利諾伊州的美國都福集團(Dover Corporation)。OPW是專門從事流體處理和燃料灌裝的公司,而Fibrelite現在則專注于使用復合材料來替代金屬井蓋和溝蓋等產品。Fibrelite公司于2005和2010年分別在美國、馬來西亞開設了一家制造工廠,并為各地80多個和地區提供來自英國、美國和馬來西亞制造的各種封蓋。
  1、內部架構
  Fibrelite公司的制造方法采用使用長鏈多方向無堿玻璃纖維(E-Glass)的封閉模塑樹脂傳遞模塑(RTM)技術。通過改變內部光纖架構,工程師可以操縱纖維體積分數(FVF),即使在高達F900(90噸)的額定載荷下也能提供更好的性能。Fibrelite委托玻璃纖維供應商將玻璃纖維編織成特定的織造圖案,這種復雜的編織和額外的內部支撐為成品封蓋的結構提供了強度。玻璃纖維一直提供相同的規格,確保用于制造組件的成分得到控制。
  據公司介紹,復合材料的強度主要來自三個方面:
  連續或長纖維,相比之下,噴涂層壓和手工鋪設方法通常使用短纖維。
  主要連續纖維的取向或方向,允許材料攜帶和散逸載荷。
  玻璃對樹脂比在給定的截面體積,保持佳的比率以及一致性,而噴涂和手工層壓可以有所不同。
  據報道,由于內部玻璃纖維結構的重新配置,Fibrelite生產了市場上唯一的額定90噸負載的復合溝槽密封蓋。在根據Air BP進行測試足跡時,其能夠達到BS EN 124標準中F900等級的永久定形和負載要求。這意味著這些蓋子是傳統重型混凝蓋板和金屬蓋板的替代品,尤其適用于施加高車輪載荷的區域,例如飛機路面、民用機場滑行道、運輸港口和碼頭,并且還可以手動拆卸。
  初要求公司提供F900重型高載荷地溝蓋的用戶,是來自英國東南部的一個大型造船廠。他們的工作檢查人員正在探索對幾年前安裝的極重的、腐蝕性鋼蓋的替代方案。提起極重的鋼蓋需要起重機和專門的起重設備。每次船舶進入碼頭時,都需要設備和人力來提升蓋子,費時費力。
  該公司表示:“數據表明,一半以上的受傷事故(導致無法工作)是因人工操作引起的。眾所周知,減少這一領域的危害是范圍內的要任務。由于立法限制了手動搬運的重量,我們看到了輕質纖維增強塑料(FRP)復合井蓋和覆蓋材料在的應用趨勢,這一材料也具有易于處理和耐腐蝕的優點。
  通過使用較輕質的材料,可以防止人員在操作中受傷,令工作場所更安全,并使得公用事業工作人員和承包商安裝和維護時更容易
  這種蓋子的設計還包括多達兩個起重點以用于特殊設計的起重手柄。這些設計令操作者在移除蓋子的同時不會夾住手指或造成彎曲,從而大化提升技術的安全性。其重量接近人體,可防止背部受傷,這是造成工傷和傷害索賠的主要原因之一。
  2、耐腐蝕性
  耐腐蝕性是復合蓋的另一個關鍵特征。美國加利福尼亞州空氣資源委員會(CARB)批準了由Fibrelite制造的復合材料多孔蓋系統。CARB也是美國油氣回收釋放量的嚴格的標準之一。
  在美國,加油站經常使用多孔蓋來增加燃油傳輸的便利性。多孔蓋有兩個較小的蓋子,位于較大的井蓋內,可以拆卸,以插入燃料輸送和油氣回收所需的兩條軟管。
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                                                      圖1:多孔蓋有兩個較小的蓋子,位于較大的井蓋內,可以拆卸,以插入燃料輸送和油氣回收所需的兩條軟管。
  根據Fibrelite的說法,耐腐蝕性對于這種應用尤為重要,因為水和燃料(特別是在加油站中普遍存在)容易導致腐蝕,從而破壞了蓋子周圍的水密封,令水進入到燃料箱的槽內。復合材料還具有輕、強、無腐蝕性能,并且還能夠承受如卡車等重載荷,同時在有需要時也能安全快速地手動拆卸。
  再舉一個例子,作為澳大利亞奧本市休閑中心翻新的一部分,進入空調系統和集水平衡罐的進出口就在泳池周圍的周邊。以前,已經使用了混凝土蓋板,但池邊條件對構成覆蓋結構的金屬來說是非??量痰?mdash;—無處不在的游泳池氯氣和水分對傳統的混凝土和金屬蓋板具有腐蝕性。因此,原來的封蓋已經被腐蝕到了很危險的水平。然而,復材封蓋是具有化學惰性的,因此對水分或氯氣都沒有任何反應,這意味著蓋子可以多年保持水密和同時可安全地在上面行走。它們也是輕質的,Fibrelite還提供了一種定制的彩色解決方案使之與周圍環境相融合。
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                                                               圖2:澳大利亞奧本市休閑中心翻新的一部分,Fibrelite所提供的定制彩色封蓋與周圍環境融為一體。
  3、搬運問題
  具有美學吸引力是另一個好處,如公司制造用于英超聯賽體育場的彩色溝蓋所示。
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                                                          圖3:具有美學吸引力是另一個好處,如公司制造的用于英超聯賽體育場的彩色溝蓋所示。
  據Fibrelite說,這個客戶的重要的要求就是溝蓋與周邊地區環境保持一致。Fibrelite可以在其封蓋表面永久地塑上單色或多色的樣式標志或其他標記;它還可以以單色或多色,幾乎任何顏色或組合顏色來模制其復合材料封蓋,用于額外的品牌或產品標識,或與設施顏色或布局相融合。
  使用復合材料的另一個優點是重量更輕,減少了起重和搬運問題。
  這些蓋子都很輕巧。Fibrelite近為英國主要的火車站站臺開發了一系列定制、輕質、復合的窨井蓋。以前安裝的蓋子很重,以混凝土填充的封蓋難以移動,同時也為操作人員帶來了嚴重的手動搬運問題。拆除蓋板是一項昂貴且耗時的工作,通常需要專門的起重設備。
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                                                                           圖4:Fibrelite近為英國主要火車站站臺開發了一系列定制復合窨井蓋。
  Fibrelite公司所生產的定制尺寸的復合窨井,配有較大尺寸的鋁框架,這意味著需要更少的面板來覆蓋開口,從而降低整體更換成本。標準的復合蓋還具有防滑裝飾。
  4、溫度變化
  Fibrelite還為南極的專業廢水系統提供了一系列超輕型地溝蓋。該系統用于在排入海洋之前處理黑色和灰色的廢水,包括污水、來自洗衣和烹飪等方面的水。在南極的惡劣條件下,使用的便利性至關重要,復合地溝蓋的輕質性能是主要優勢,然而,不腐蝕、不受溫度變化的影響也很重要。
  在荷蘭,一個廢水泵站正在從坑中產生令人不愉快的氣味,這個泵站容納兩個大型潛水泵,這些泵由一對厚厚的鉸接鋁蓋板覆蓋,并在中間以螺栓連接。
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                                  圖5:在荷蘭,一個污水泵站正在從坑中產生令人不愉快的氣味,兩個大型潛水泵一對厚厚的鉸接鋁蓋板覆蓋,并在中間以螺栓連接。
  盡管有螺栓連接,但以前安裝的金屬蓋不是密封的,所以在蓋的頂部覆蓋了一個大的塑料板,試圖遏制氣味。在對泵進行維護時,需要用撬棍去除防沙板、塑料板和鋁制的進出口蓋。
  為了解決這個問題,拆下了原有的螺栓,將一個定制的鋁框架裝在現有的鋁框架中,并用防水密封劑密封。這個框架包括一個可移除的中心梁,以容納兩個復合蓋,以及四個伸縮支架(每個面板兩個),用于固定安全柵。支撐件和中心梁可以被移除,以形成完全清晰的通道,并由不銹鋼配件和電纜固定,以防止它們掉入坑中。為了控制氣味,在框架上安裝了橡膠密封墊,用四個不銹鋼螺栓固定到每個蓋子上。為關鍵外殼提供插頭以完成密封,蓋上螺栓。
  據Fibrelite介紹,復合井蓋也可用于數據中心,以幫助保護網絡計算機。“云存儲設施需要數英里長的光纖電纜,它些電纜安裝在受保護但易于接近的混凝土溝槽中,這樣受損的部分就可以迅速被替換,或者方便地添加更多的電纜。目前存儲公司正在將擴展計劃納入到他們的新構建中。”技術總監David Holmes說:“而且,為了保持佳的硬件性能,每個服務器機房需要額外的電力和電池備份系統來運行其重要的環境和機械設施,如連續冷卻、火災和安全警報。這些也需要他們的電纜在自己可識別、易于接近的溝槽中。”
  “考慮到所有這些因素,很自然,設計師從一開始就明確指出,輕巧的復合地溝蓋可以快速輕松地手動移除。”
  在David一起,與Fibrelite公司市場協調員Aaron McConkey及董事總經理Ian Thompson談到這項新技術時。Aaron說:“許多人認為井蓋只是很簡單的把地上的洞給蓋上。但事實上,生產商們正在不斷地創新才能滿足新市場的需求。復合材料長期以來在航空和海洋等行業廣為人知,但是,正如我們在倫敦地鐵門上的應用(更輕、更快,每年可節省高達460萬英鎊),以及Arthur Ashe體育場的復材屋頂(相當17個奧運游泳池大小,打開速度為25英尺/秒),復合材料使現有的產品能夠以打破傳統材料限制的方式來實現。”
  David補充說:“無論時間、工藝還有專業知識,說到我們蓋子的各個方面,從概念設計到制造原則,在過去30年中得到了發展和完善。Fibrelite使用新的制造技術以提供良好的性能和質量。”
  5、未來發展
  Ian表示:“雖然Fibrelite封蓋已經成為加油零售領域的行業標準,但還有更多領域蘊含著巨大的擴張潛力,從建筑到休閑到運輸。一旦你開始環顧四周,你會意識到,如果沒有看到蓋子,你就還沒走遠!”