VaRTM是一種創(chuàng)新的船舶維修技術(shù)，它能夠?qū)崿F(xiàn)在船只停泊的情況下進(jìn)行原位維修，大大節(jié)省了維修時(shí)間和成本，提高了船只的運(yùn)行效率。這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用將對(duì)船舶制造業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，推動(dòng)其向更加智能化、高效化的方向發(fā)展。
近日，日本東麗(Toray)宣布，其用于船舶原位維修的真空輔助樹(shù)脂轉(zhuǎn)移成型(VaRTM)工藝最近獲得美國(guó)船級(jí)社(ABS)型式認(rèn)證。該工藝也使東麗成為世界上第一家獲得ABS型式認(rèn)證的公司。
這一技術(shù)此前已于2021年獲得ABS批準(zhǔn)，主要應(yīng)用于海上浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)存和卸載(FPSO)和海洋浮式儲(chǔ)油卸油裝置(FSO)，涉及將碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)應(yīng)用于修補(bǔ)船舶腐蝕區(qū)域。這一技術(shù)的突破性在于其能夠在船舶現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)，大大縮短了維修時(shí)間，降低了維修成本。
ABS是一家全球領(lǐng)先的船舶和海洋工程設(shè)備認(rèn)證機(jī)構(gòu)，其型式認(rèn)證是對(duì)其產(chǎn)品安全性、性能和質(zhì)量的認(rèn)可。此次東麗獲得ABS型式認(rèn)證，意味著其VaRTM工藝已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，具有較高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
圖源：東麗
傳統(tǒng)的FPSO和FSO維護(hù)作業(yè)較為繁瑣。這其中通常涉及使用鋼材進(jìn)行焊接修補(bǔ)，需要較多的人工和設(shè)備支持，且熱作業(yè)一定程度上也影響石油和天然氣的連續(xù)生產(chǎn)。
為解決這一痛點(diǎn)，在2020年，東麗和日本這一領(lǐng)域唯一的專業(yè)公司MODEC合作聯(lián)合開(kāi)發(fā)了VaRTM修復(fù)工藝，用于FPSO和FSO的不停機(jī)維護(hù)作業(yè)。
據(jù)公開(kāi)信息，上述工藝步驟與傳統(tǒng)真空輔助轉(zhuǎn)移成型類似，主要涉及：
①將東麗TORAYCATM碳纖維編織織物應(yīng)用于需要修補(bǔ)的現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)表面，這種織物具有出色的強(qiáng)度和彈性。
② 用塑料薄膜覆蓋織物，真空密封，注入環(huán)氧樹(shù)脂，然后通過(guò)將CFRP固化粘合到鋼結(jié)構(gòu)上以完成修復(fù)。
這一原位工藝的優(yōu)勢(shì)在于：便于運(yùn)輸、維修方便;此外由于不涉及熱作業(yè)，可最大限度地減少了對(duì)油氣生產(chǎn)的影響。
為該技術(shù)提供認(rèn)證的美國(guó)船級(jí)社(ABS)是世界領(lǐng)先的船級(jí)社之一，全球約半數(shù)的FPSO及FSO是ABS認(rèn)證船。此次東麗新技術(shù)的通過(guò)認(rèn)證使這些船舶能夠采用上述VaRTM工藝，從而可減少船舶維修工程審查和驗(yàn)證所需的時(shí)間。
圖源：東麗
不過(guò)從工藝原理可知，該技術(shù)在修復(fù)大面積腐蝕方面效果出色，但對(duì)于另一種常見(jiàn)的點(diǎn)蝕腐蝕修復(fù)則不太適用。
針對(duì)點(diǎn)蝕修復(fù)，東麗去年也開(kāi)發(fā)了貼片技術(shù)。2023年12月18日，日本東麗聯(lián)合MODEC宣布，他們共同開(kāi)發(fā)了一種用于海上船舶及作業(yè)設(shè)備點(diǎn)蝕修復(fù)的CFRP貼片技術(shù)，適用于MODEC旗下FPSO及FSO系統(tǒng)修復(fù)業(yè)務(wù)。
貼片技術(shù)可更簡(jiǎn)便的解決點(diǎn)腐蝕的修復(fù)問(wèn)題。通過(guò)將預(yù)制的CFRP貼片粘接到點(diǎn)蝕腐蝕處，無(wú)需真空泵等設(shè)備輔助的情況下可將修復(fù)工作人員減少一半，同時(shí)縮短修復(fù)時(shí)間。
事實(shí)上碳纖維復(fù)合材料由于其獨(dú)特性能，十分適用于加固修復(fù)應(yīng)用，且已有多年歷史。
從結(jié)構(gòu)加固性能考量，一般采用的是聚丙烯腈(PAN)基碳纖維，可符合承重結(jié)構(gòu)的加固和安全耐久性需求。此外相對(duì)而言12K及以下小絲束碳布的抗拉強(qiáng)度較為穩(wěn)定，因此更適合用作修復(fù)。
從性能來(lái)看，CFRP的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼筋和混凝土等，彈性模量、密度等也有較大優(yōu)勢(shì)，可在不影響原有結(jié)構(gòu)的情況下起到保護(hù)和加固作用。此外CFRP對(duì)比金屬也具備更好的抗腐蝕和抗疲勞等耐久性能。
從加工方面來(lái)看，無(wú)論是采用涂布、真空輔助浸漬、預(yù)浸料貼片等多類形式，大部分工藝工序簡(jiǎn)單、所需人工少、應(yīng)用范圍廣泛、施工工期短。對(duì)比常規(guī)修復(fù)或加固工藝流程和設(shè)備需求而言都有較大優(yōu)勢(shì)。
據(jù)悉除上述海洋防腐應(yīng)用外，東麗的原位VaRTM修復(fù)技術(shù)目前已應(yīng)用于輸電塔腐蝕修復(fù)，此外也正在推進(jìn)應(yīng)用于修復(fù)和加固鋼橋、鋼結(jié)構(gòu)建筑和其他結(jié)構(gòu)。
對(duì)于此次獲得ABS認(rèn)證，東麗公司表示非常高興。他們表示，這不僅證明了VaRTM技術(shù)的卓越性能，也顯示了他們?cè)谘邪l(fā)和創(chuàng)新方面的堅(jiān)持和努力。未來(lái)，東麗公司將繼續(xù)致力于提升技術(shù)水平，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。
我們期待看到VaRTM技術(shù)在船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用，相信它將為推動(dòng)船舶制造業(yè)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，也期待看到更多來(lái)自日本和全球的優(yōu)秀技術(shù)和創(chuàng)新在中國(guó)市場(chǎng)得到認(rèn)可和應(yīng)用。
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