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从材料替代到技术趋同:复合材料井盖进入产业化升级阶段

2016-05-21 资讯 互联网

近年来,城市道路上一个看似不起眼的基础设施部件——检查井盖,正在经历一轮持续多年的材料与制造技术升级。

众所周知,传统铸铁井盖长期存在重量大、易锈蚀以及具有较高回收价值等问题,井盖损坏、丢失所引发的人身伤害和财产损失也屡有发生。与此同时,水泥类井盖又存在自重大、韧性较差、易碎裂等局限。如何生产一种兼具防盗、高承载、耐腐蚀和较长使用寿命的井盖,逐步成为市政设施制造领域需要解决的公共安全和技术问题。

在这一轮技术演进中,2009年前后成为值得关注的节点。2009年11月,江苏畅安井盖有限公司研发的“具有玻纤增强筋结构的一次高温模压成型的复合材料检查井盖”获得江苏省高新技术产品认定。该产品以连续玻璃纤维作为主要增强结构,采用连续玻纤整体增强方式,通过特殊工艺一次压制成型,其抗压性能、线膨胀系数、抗弯曲、抗冲击、抗疲劳和耐腐蚀等指标已超过当时相关国家标准要求,这一产品成果填补了国内空白。也是由此开始,复合材料井盖的技术竞争正式从简单的材料替代,进一步踏入增强结构、材料性能与模压工艺协同优化时代。

2010年,类似的技术探索开始在不同地区的企业中密集出现。吴江市沃尔通市政工程设施有限公司推出“玻纤增强型弧型复合检查井盖”,采用玻纤BMC模塑料,并在井盖底部设置加强筋,重点提高复合井盖的结构强度和承载能力。其技术方案于2010年提出,显示玻璃纤维增强和加强筋结构已经成为企业改善复合井盖力学性能的重要方向。

同一年,广东联塑科技实业有限公司提出高强度复合窨井盖方案,其复合材料由不饱和树脂、连续纤维等材料组成,并采用高温、高压一次模压成型。尽管具体承载结构与其他企业有所区别,但连续纤维、整体增强和一次模压等技术元素已经十分清晰。这些相近技术在不同企业相继出现,显示复合井盖制造开始向更加稳定的增强结构和工业化成型工艺集中。

2011年,科研机构也开始进一步介入这一技术方向。贵州省复合改性聚合物材料工程技术研究中心提出“BMC长玻纤模压井盖”,以浸渍树脂的长玻璃纤维作为主要承载层,试图减少传统钢筋骨架的使用,并通过135—150℃热模压及4—7MPa压力完成材料同步固化。其研发重点已经从是否采用复合材料,转向长玻纤长度、承载层结构、模压温度、压力和固化时间等更为具体的工程参数。该技术同时以GB/T 23858—2009相关承载要求作为性能目标,反映出纤维增强井盖开始进入更为系统的工程验证阶段。

2012年,企业对这一技术路线的研究进一步向高承载和工艺参数化发展。成都易信达科技有限公司提出高强度井盖方案,以不饱和聚酯树脂和无碱玻璃纤维布等组成SMC模压材料,并明确设置模压温度、压力和保压时间。其方案将上下模温度控制在180—190℃、压力控制在20—25MPa,通过模压和保压形成成品,目标承载能力达到60吨以上。此时,玻纤增强、SMC模塑料以及温度—压力—时间参数控制已经形成较为完整的制造逻辑。

同一时期,广州聚赛龙工程塑料有限公司也将长玻璃纤维增强聚丙烯引入复合井盖研发。其技术采用长玻纤增强母粒提高材料强度和刚性,再通过模具加压成型,并重点解决抗冲击、耐腐蚀、成本以及井盖防盗等问题。相关研发资料特别指出,复合材料的组分和比例已经成为影响井盖质量、变形和寿命的重要因素。这表明行业研发的关注点继续从单一结构增强延伸到材料配方、玻纤长度、均匀分散和成型稳定性。

2013年,玻璃纤维增强材料的应用形式继续扩展。福建省中能泰丰特种保温技术有限公司开发玻璃钢井盖,以玻璃钢板与内部承载结构结合,重点解决传统井盖重量大、安装困难以及部分非金属井盖抗压强度不足的问题。其技术目标仍然集中在轻量化、高抗压、不易碎裂和延长使用寿命几个核心指标上。虽然企业之间所使用的树脂体系、骨架形式和制造方式并不完全相同,但所要解决的技术问题已经表现出较高的一致性。

到了2014年,复合材料井盖的技术竞争进一步延伸到材料配方和规模化成型稳定性。安徽永高塑业发展有限公司提出复合材料窨井盖系列产品方案,以玻璃纤维丝、不饱和聚酯树脂和无机矿物填料构成主要材料体系,通过模具保温、保压成型,并对拉伸、弯曲、冲击和压缩性能进行测试。其技术资料还明确提出,采用重量轻、耐腐蚀、耐磨损和抗弯强度较高的新型复合材料已经成为窨井盖发展的一个方向。

同年,临安巨丰城市配套设备有限公司又针对窨井盖开发专用片状模塑料。其材料以浸渍树脂糊的玻璃纤维布作为芯材,并采用连续玻璃纤维针刺毡、玻璃纤维布及SMC生产工艺,通过浸润、挤压、稠化等环节提高材料稳定性。相关方案强调承载能力、耐磨、耐腐蚀、自重较轻和工艺稳定等指标。复合井盖研发由此进一步向专用材料、标准化模塑料和可重复制造工艺推进。

2015年,连续纤维与整体成型技术又出现新的深化。郑州翎羽新材料有限公司提出高强度热塑性纤维增强复合材料井盖,在井盖面部使用连续纤维,在加强筋中采用长纤维,并使加强筋与井盖面整体成型。研发重点仍然落在提高抗压强度、降低开裂风险以及解决传统井盖笨重、腐蚀、噪音和盗失等长期问题上。经过数年发展,连续纤维、长玻纤、增强筋、复合树脂和整体成型等技术元素已经在多个企业和研发主体的方案中反复出现。

从2009年至2015年的技术轨迹观察,国内复合材料井盖研发呈现出明显的趋同特征。不同企业虽然在树脂类型、纤维长度、增强结构和具体成型参数上各有选择,但技术目标越来越集中于纤维增强、高承载、整体成型、轻量化、耐腐蚀、抗冲击、长寿命以及稳定批量制造。早期分散的材料尝试,经过不同企业持续投入,逐渐形成较为清晰的产业技术方向。

这种持续积累也开始反映到行业规范层面。

2015年7月,广东省发布DB44/T 1609—2015《无机高性能纤维复合材料检查井盖》地方标准,并于同年10月实施。该标准对无机高性能纤维复合材料检查井盖的原材料、构造要求、技术要求、试验方法、检验规则、标志、产品合格证以及运输等内容进行了系统规定,适用于通信、电力和市政工程相关产品。标准的起草单位包括广东盖特奇新材料科技有限公司、广州建设工程质量安全检测中心有限公司和广东省建筑材料研究院。

地方标准对材料构造、承载能力、抗冲击性能、抽样检验和型式检验等内容作出细化,反映出纤维复合井盖逐渐从企业各自研发、各自验证的阶段,进入更加规范化的产品质量管理体系。

回顾2009年至2015年的发展,复合材料井盖已经完成了一轮较为明显的技术积累:从连续玻纤增强和一次模压产品出现,到长玻纤、SMC、专用模塑料和整体成型等不同路线密集涌现,再到地方标准开始对相关产品进行专门规范,产业发展的量变正在逐步带来质量体系和技术标准层面的质变。

对于井盖这样一个传统市政部件而言,材料升级最终仍然指向最基础的城市安全需求——承载更加可靠、盗失风险更低、使用寿命更长、维护成本更低。截至2016年,纤维增强复合材料已经成为国内井盖行业一个越来越清晰的技术方向,而围绕材料体系、增强结构和工业化成型工艺的竞争,仍在继续。(记者:王海)

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