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海化院自主研发浮力材料探深海
时间:2014-04-29 08:40 来源:中国海洋工程网 点击:

   近日,我国自主研制的首台4500米级深海遥控无人潜水器作业系统“海马”号,搭乘“海洋六号”科考船在南海中央盆地完成了海上试验,这是我国迄今为止自主研发的下潜深度最大、国产化率最高的无人遥控潜水器系统,实现了核心技术的国产化。

  据悉,人类徒手潜水的极限是105米,倘若想潜得更深,就不得不利用各种装备,而浮力材料则是保障深潜器财产及生命安全的“幕后英雄”。“海马”号上所使用深海固体浮力材料正是由目前国内浮力材料研发生产“巨头”—海洋化工研究院研发的国产化材料。从海化院来看,国产化的全面“开花”不仅摆脱了长期依赖进口的局面,而且节省了大量成本。浮力材料正从特种专业的小众市场逐渐走向大众市场,目前已成功应用于水下机器人、无人潜器、救生舱,以及海底空间站和海油勘探等设备,市场空间正不断扩大。

   突破关键技术摆脱进口

  从上世纪九十年代起,我国开始对深海固体浮力材料进行自主研发,而在此之前一直依赖国外进口。“进口的深海固体浮力材料不仅价格昂贵,而且售后服务不及时。”海洋化工研究院有限公司教授级高工陈先告诉记者,“像"蛟龙"号那种高性能载人深海固体浮力材料,从国外进口的价格每立方米就高达80万元,而国产材料差不多每立方米20万元。普通的深海固体浮力材料,从国外进口需要几十万元,国产材料只需要10万元左右,价格相差近4倍。”

  为了突破关键技术,开始时,海化院使用化学发泡法来生产固体浮力材料,这种材料稳定性和耐压性都较差,到水下500米就已达极限。为此,海化院又开展了进一步研究,转向研制可加工固体浮力材料。“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,如果拿在手里看起来就像面粉一样,只有在显微镜下才能看到一个个玻璃小球。”陈先表示,空心、薄壁、耐高压无疑为玻璃微珠的技术要求增加了难度。“虽然国内已经突破了该技术,但与国外相比仍有一定差距,因此产业链还需要进一步完善升级。”

   满足任何海深条件应用

  记者在实验室里见到了神奇的深海固体浮力材料样品,没想到外表看起来很轻的立方体,需要两只手才能搬动,更令人意想不到的是,这些浮力材料却能在深海中为设备提供浮力。

  记者了解到,要承受深海的巨大压力,潜器的密度与强度是关键,但偏偏这两者又是一对“欢喜冤家”。“人们都希望材料的强度越大越好,因为水越深压力就越大。但强度越大密度也就越大,用户又希望浮力材料的密度越小越好,这样就可以多载几个人,或者多载些设备等。”陈先告诉记者,“人们都希望深海设备的密度尽量低,耐压强度尽量高。为了解决这一矛盾,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,从而增加浮体的排水量,起到增大浮力的作用。而且新型工艺生产的固体浮力材料可在任何海深条件下应用,甚至可以到达海底最深的11000米海沟,足以满足海洋勘探、海洋采矿等要求。”

   未来从“小众”走向“大众”

  近年来,深海固体浮力材料不再是科考装备的“专有产品”,虽然市场仍存在局限性,但其应用的方向已越来越广,除了深潜器、水下机器人之外,海上石油勘探等海工装备的需求量也在日益增加。“在水下开采石油,油突然从地下出来时遇到0~5℃的海水会突然冷却,所以需要隔水管为海底的金属输油管道保温并提供浮力。而在海底铺设输油管道时也需要浮筒"帮忙",为管道提供浮力,避免其因为自身重力而下沉。”陈先告诉记者,随着市场的不断扩大,海化院每年的产量能增加20%~30%,但由于目前仍受限于特种专用材料,市场较小,所以年产值约为300~500万元。虽然年产值并不高,但陈先认为,目前固体浮力材料已应用到水下运载系统、海洋观测系统、海底空间站、海洋石油勘探开发等多个领域,下一步将为4500米级的载人潜水器“保驾护航”,市场前景将日趋广阔。

来源:网络

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