海化院自主研发浮力材料探深海
2014-4-25 14:20:07 来源：中国船舶与海洋工程网信息中心

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。