一种耐腐蚀的航标及其加工方法与流程

本发明涉及航标技术领域，具体涉及一种耐腐蚀的航标及其加工方法。

背景技术：

随着航运事业的快速发展和人类水上活动范围和方式的日益增多，沿海船舶习惯航路、锚地和航道等通航水域的船舶交通流密度持续增长，通航环境日益复杂，通航压力持续增大，为了保障通航安全，为水上活动提供及时准确的安全信息，航标的建设与发展越来越受到重视。我国作为一个海域辽阔、江河湖泊众多的水域大国，为了适应水运事业和船舶航行的需要，所有江河湖海都设置了为数众多不同类型的航标。

航标是作为航道中最重要的助航设施，航标具有四项功能，即定位功能、危险警告功能、确认功能和指示交通功能，它能够为船舶标示出航道的方向、界限与碍航物，揭示有关航道信息，为船舶航行指出安全、经济的航道。航标灯是为保证船舶在夜间安全航行而安装在某些航标上的一类交通灯，它在夜间发出规定的灯光颜色和闪光频率，达到规定的照射角度和能见距离。航标设于通航水域或其近处，以标示航道、锚地、滩险及其他碍航物的位置，表示水深、风情，指挥狭窄水道的交通。

随着清洁能源的发展，太阳能供电已在航标得到了广泛的应用，近年来，随着e-navigation(电子航海)概念的提出，作为e-navigation的重要组成部件的航标是实现“智慧港口”的关键环节，对航标的海上服务功能也提出了新的要求。

现有的航标一般由钢质材料制成，钢质航标的强度、硬度大，船舶一旦与航标发生碰撞，船舶和航标都会发生不同程度的危害，并且存在容易被腐蚀、易生锈、易附着海洋附着物，维护成本高、重量大、不易运输搬到等缺陷；后来人们相继开发出玻璃钢航标和塑料航标，玻璃钢航标具有耐腐蚀、易着色等优点，但存在表面脆弱、耐冲击性差、易老化等缺陷；塑料航标具有耐冲击、易着色、耐腐蚀、重量轻等优点，但存在耐老化、耐温度变化性能差的缺陷。

现有技术中航标存在耐腐蚀性差、耐冲击性差、耐恶劣环境条件较差、加工难、维护困难、维护费用高、使用寿命短的问题；且现有的航标只能通过航标灯和外形为船舶提供简单的安全信息，功能相对单一，揭示的航道信息有限，无法为船舶提供实时的气象水文信息，海上交通效率低，水文环境复杂水域，航行的安全性无法得到保障。

中国专利cn201792999u公开了一种抗撞击航标，包括柱状航标和环绕航标的盘状水密钢漂，当航标受到船舶撞击时设于航标外围的钢漂整体旋转，改变法向撞击速度，分解和消除撞向航标的绝大部分能量，实现缓冲消能，大大降低航标受损程度。中国专利cn201264710y公开了一种超高分子量聚乙烯航标，由信号灯、灯座、灯架、固定管、浮体从上至下依次连接组成；所述灯架、固定管、浮体都由内衬钢骨架及超高分子量聚乙烯匹配构成，超高分子量聚乙烯设置于内衬钢骨架的外面，达到了钢骨架与海水的分离从而避免了航标被侵蚀。上述航标只能通过航标灯和外形为船舶提供简单的安全信息，功能相对单一，且耐腐蚀性能有限、容易老化、维护费用高、使用寿命短。

技术实现要素：

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种结构轻巧、耐腐蚀性好、抗冲击性能好、稳定性好、在恶劣条件下不变形、不易磨损及使用维护方便的耐腐蚀的航标及其加工方法，其技术方案如下：

一种耐腐蚀的航标，包括航标灯、支架、浮体，同时配有定位锚，其特征在于，所述航标的外表面均设有耐腐蚀涂层，所述支架上端固定设置有观测台，所述航标灯设置在所述观测台上，所述支架下端设有底板，所述底座与所述浮体固定连接，所述浮体与所述定位锚通过连接装置连接。

优选地，所述定位锚与航标整体的重量比为2：1～5：2，提高航标使用过程中的稳定性，所述定位锚包括盒体，所述盒体为铸造铁，所述盒体内浇注钢筋混凝土，所述钢筋混凝土中包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，定位锚外表面喷涂耐腐蚀涂料，提高耐腐蚀性。

优选地，所述浮体包括内筒、外腔和壳体，所述内筒为密封结构，内筒包括筒体、顶板和底板，所述顶板上连接吊环，所述吊环穿过所述壳体，所述底板上连接定位环，所述定位环穿过所述壳体，所述定位环与所述定位锚通过链条连接。

优选地，所述内筒和外腔内均无间隙填充高分子发泡材料，发泡材料包括聚氨酯、聚乙烯或聚苯乙烯中的一种或任意组合，所述壳体为聚脲材料。

优选地，所述支架上设有太阳能板，所述观测台和太阳能板之间设有雷达反射器，所述底座上设有控制箱，所述控制箱内包括蓄电池、中央处理器、无线收发模块，所述中央处理器与无线收发模块连接，所述蓄电池与所述太阳能板连接。

优选地，所述观测台上还设有气象仪和gps定位模块，所述气象仪和gps定位模块均与所述中央处理器连接。

优选地，所述浮体底部设有3个仪器井，所述仪器井内分别设有水体辐射仪、水温检测仪、海流计。

优选地，所述耐腐蚀涂层的涂料包括(按重量份)：环氧树脂20～35份、聚酯12～25份、钛酸酯偶联剂1～4份、石墨烯5～15份、锌粉10～25份、硅氧烷低聚物30～45份、抗微生物剂3～15份。

优选地，所述耐腐蚀涂层的厚度为30～50g/m²，优选为35～45g/m²。

一种耐腐蚀的航标的加工方法，包括以下步骤：

s1、通过铸造冶炼工艺制备钢材料，采用钢材料通过铸造工艺制备支架、观测台及底座，然后在支架、观测台及底座的外表面喷涂耐腐蚀涂料，经过高温烘干处理，温度为100～180℃，处理时间为20～40min；

s2、通过焊接工艺将观测台和底座分别固定在支架上端和下端；

s3、根据浮体形状制作模具，浮体内设有内筒，内筒包括筒体、底板及顶板，筒体和底板为一体成型结构，模具制好后，按照常规制备复合材料成型的方法制备浮体、内筒，浮体的壳体厚度为15～20mm，内筒厚度为10～15mm，并在浮体外表面喷涂耐腐蚀涂料；

s4、浮体脱模固化后，按照常规发泡材料的制备方法制备发泡材料，将发泡材料无间隙填充到内筒；

s5、内筒填充后，固定安装顶板，然后在顶板上固定安装吊环，在底板上固定安装定位环，吊环和定位环分别穿过壳体；

s6、按照常规发泡材料的制备方法制备发泡材料，将发泡材料无间隙填充到浮体的外腔中，制得浮体；

s7、通过铸造工艺制备定位锚的盒体，按照常规钢筋混凝土的制备方法，并加入钢纤维和聚乙烯醇纤维，按质量百分比，钢纤维1～1.5％、聚乙烯醇纤维0.4～0.5％，制备钢筋混凝土，将钢筋混凝土浇注在盒体内，制得定位锚，并在定位锚外表面喷涂耐腐蚀涂料；

s8、将步骤s2焊接后的支架与步骤s6制得的浮体通过螺栓固定连接，再将步骤s6制得的浮体与步骤s7制得的定位锚通过连接装置固定连接。

本发明所获得的有益技术效果：

1)本发明解决了现有航标存在的耐腐蚀性差、耐冲击性差、耐恶劣环境条件较差、加工难、维护困难、维护费用高、使用寿命短等问题，本发明具有结构轻巧、耐腐蚀性好、抗冲击性能好、稳定性好、在恶劣条件下不变形、不易磨损及使用维护方便的优点；

2)本发明通过在浮体内筒和外腔内均无间隙填充高分子发泡材料，壳体采用聚脲材料，重量轻，使用过程中，提高浮体的浮力，耐冲击性能、变形恢复性优异，通过采用航标灯、支架、浮体、定位锚的组合式结构，使发明结构轻巧，便于安装、使用维护方便；

3)本发明通过在航标的外表面喷涂耐腐蚀涂料，涂层的厚度为30～50g/m²，提高航标在海水环境中的耐腐蚀性、耐摩擦性、耐水性、耐候性及耐冲击性能，进而延长航标的使用寿命；

4)本发明通过在定位锚盒体内浇注钢筋混凝土，钢筋混凝土中包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，钢纤维1～1.5％，聚乙烯醇纤维0.4～0.5％，通过混杂纤维抑制裂缝的形成与扩展，有效控制混凝土因温度和塑性收缩产生的裂缝，从整体上提高和改善混凝土的耐久性，提高定位锚的抗渗性和抗冲击性能；

5)本发明通过在航标观测台上设置雷达反射器、气象仪和gps定位模块，用于实时检测气候，便于发现航标具体位置，并对其进行定位；浮体下部设有仪器井，仪器井内设置水体辐射仪、水温检测仪或海流计，用于检测海水温度、流向、流速等信息；上述均使本发明更加功能化，更多的向船舶提供航道信息，进而提高船舶航行的安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1耐腐蚀航标的结构示意图；

图2为实施例1耐腐蚀航标中浮体的剖视图；

图3为实施例2耐腐蚀航标中浮体的剖视图；

图4为实施例2耐腐蚀航标中连接装置的结构示意图。

在以上附图中：1、航标灯；2、支架；3、浮体；4、观测台；5、雷达反射器；6、太阳能板；7、gps定位模块；8、气象仪；9、控制箱；10、蓄电池；11、中央处理器；12、无线收发模块；13、吊环；14、定位环；15、定位锚；16、内筒；17、壳体；18、外腔；19、筒体；20、顶板；21、底板；22、连接板；23、连杆；24、球头；25、套杆；26、保护套；27、底座。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例1

如附图1所示，一种耐腐蚀的航标，包括航标灯1、支架2、浮体3，同时配有定位锚15，所述航标的外表面均设有耐腐蚀涂层，所述支架2上端固定设置有观测台4，所述航标灯1设置在所述观测台4上，所述支架2下端设有底板27，所述底板27与所述浮体3之间通过螺栓固定连接，所述浮体3与所述定位锚15之间通过链条连接。

定位锚15与航标整体的重量比为2：1～5：2，所述定位锚15包括盒体，所述盒体为铸造铁，所述盒体内浇注钢筋混凝土，所述钢筋混凝土中包括钢纤维和聚乙烯醇纤维，按混凝土质量百分比，钢纤维为1～1.5％，聚乙烯醇纤维为0.4～0.5％，通过混杂纤维抑制裂缝的形成与扩展，有效控制混凝土因温度和塑性收缩产生的裂缝，从整体上提高和改善混凝土的耐久性，提高定位锚15的抗渗性和抗冲击性能。

定位锚15盒体的外表面通过喷涂工艺形成耐腐蚀涂层，喷涂的耐腐蚀涂料包括(按重量份)：环氧树脂20～35份、聚酯12～25份、钛酸酯偶联剂1～4份、石墨烯5～15份、锌粉10～25份、硅氧烷低聚物30～45份、抗微生物剂3～15份，耐腐蚀涂层的厚度为30～50g/m²，通过各组分的协同作用，提高定位锚15在海水环境中的耐腐蚀性、耐摩擦性、耐水性、耐候性及耐冲击性能。

如附图2所示，浮体3包括内筒16、外腔18和壳体17，壳体17厚度为15～20mm，内筒16厚度为10～15mm，所述内筒16为密封结构，内筒16包括筒体19、顶板20和底板21，筒体19和底板21为一体结构，顶板20与筒体19分离式，通过螺纹固定连接，所述顶板20上通过连接装置固定连接吊环13，所述吊环13穿过所述壳体17，吊环13用于搬运浮体3；所述底板21上通过连接装置固定连接定位环14，所述定位环14穿过所述壳体17，所述定位环14与所述定位锚15之间通过链条连接。

进一步的，底板21上通过螺纹固定连接两个定位环14，两个定位环14均穿过壳体17，两个定位环14均通过链条连接到同一个定位锚15，以此可以减少航标的偏移，增强航标的稳定性。

内筒16和外腔18内均无间隙填充高分子发泡材料，发泡材料为聚氨酯，具有良好的物理及加工性能，密度低，在水中浮力大，可以较现有的相同浮力下大大减小体积；壳体17为聚脲材料，具有良好的物理和加工性能，耐冲击性能、变形回复性能、耐腐蚀性能优越，还可以回收再利用。该类材料的化学性能稳定，耐酸、碱、油及海水腐蚀，具有重量轻、强度高、绝热、阻燃、耐寒、不吸水、施工便捷等优异特性。

进一步的，发泡材料为聚乙烯或聚苯乙烯。

观测台4上还设有气象仪8和gps定位模块7，气象仪8用来检测航道附近的风速，温度，湿度，露点，大气压力，bf薄福，风寒指数；gps定位模块7对航标位置进行定位。

观测台4下端设有雷达反射器5，雷达反射器5为球形介质透镜反射器，反射力强，体质轻小，反射效果好，便于船舶雷达监测到，当船舶雷达测定装有雷达反射器5的航标时，目标回波增强，有效作用距离增大，在雷达荧光屏上易于区分和发现该航标。

雷达反射器5下端的支架2上安装有太阳能板6，用于将光能转化为电能。

底板27上设有控制箱9，控制箱9内包括蓄电池10、中央处理器11、无线收发模块12，中央处理器11与无线收发模块12连接，无线收发模块12与航道管理控制中心连接，蓄电池10与太阳能板6连接，蓄电池10和太阳能板6组成电力系统，为航标上的各装置运作提供电力支撑。

进一步的，支架2上设有风车叶片，利用风力带动风车叶片旋转，通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，发电机与蓄电池10连接，建立电力系统，为航标上的各装置运作提供电力支撑。

气象仪8、gps定位模块7均与中央处理器11连接，进而将信息反馈至航道管理控制中心，船舶运行至航道附近也可以通过gps定位模块7获得航标定位，进而连接到航道收发模块，获得航标上检测到的信息。

浮体3底部设有3个仪器井，仪器井内分别设有水体辐射仪、水温检测仪、海流计，用于检测海水温度、流向、流速等信息，水体辐射仪、水温检测仪、海流计均与中央处理器11连接，进而通过无线收发模块12将采集到的信息发送到航道管理控制中心。

进一步的，浮体3内设置有摆陀发电装置，在波浪的作用下提供电力，摆陀发电装置与蓄电池10连接，建立电力系统，为航标上的各装置运作提供电力支撑。摆陀发电装置包括摆陀、定子、永磁转子、齿轮组合电路板，浮体3随波浪摆动，带动浮体3内的摆陀摇摆，带动永磁转子，产生电能，通过电路板对蓄电池10进行充电。

航标外表面的耐腐蚀涂层通过喷涂工艺形成，喷涂的耐腐蚀涂料包括(按重量份)：环氧树脂20～35份、聚酯12～25份、钛酸酯偶联剂1～4份、石墨烯5～15份、锌粉10～25份、硅氧烷低聚物30～45份、抗微生物剂3～15份，耐腐蚀涂层的厚度为30～50g/m²，优选为35～45g/m²，通过各组分的协同作用，提高航标在海水环境中的耐腐蚀性、耐摩擦性、耐水性、耐候性及耐冲击性能，通过添加微生物剂，结合涂层的低表面能，使海洋生物难以附着在航标表面生长繁殖，使涂层呈现“荷叶”避水效果；通过添加硅氧烷低聚物，使涂料既适用于金属基材又适用于非金属基材的表面处理，进一步提高涂层对基材的附着力，提高涂层的致密性，进而延长航标的使用寿命，降低维护成本。

实施例2

基于上述实施例1，相同之处不再赘述，所不同之处在于，如附图3所示，浮体3内包括连接板22和连杆23，连接板22上通过焊接设有两个吊环13，吊环13穿过浮体3外表面，连接板22与连杆23固定连接，浮体3外表面为聚脲材料，厚度为15～20mm，浮体3内无间隙填充低密度聚乙烯。

连杆23下端通过连接装置与定位锚15连接，如附图4所示，连接装置为可旋转的结构，包括球头24、套杆25及保护套26，球头24尾端嵌入式固定在连杆23下端，球头24顶端与套杆25活动连接，同时在球头24顶端与套杆25的外部设有保护套26，套杆25下端与定位锚15通过螺纹固定连接。通过可旋转的连接装置将航标与定位锚15连接，减少航标的偏移，增强航标的稳定性。

连接装置外表面喷涂耐腐蚀涂料，提高在海水环境中的耐腐蚀性、耐摩擦性、耐水性、耐候性及耐冲击性能，通过添加微生物剂，结合涂层的低表面能，使海洋生物难以附着在连接装置表面生长繁殖，使涂层呈现“荷叶”避水效果。

实施例3

基于上述实施例1，一种耐腐蚀的航标的加工方法，包括以下步骤：

s1、通过铸造冶炼工艺制备钢材料，采用钢材料制备支架2、观测台4及底板27，支架2通过无缝钢管焊接而成，然后在支架2、观测台4及底板27的外表面喷涂耐腐蚀涂料，其中，耐腐蚀涂料包括(按重量份)：环氧树脂20～35份、聚酯12～25份、钛酸酯偶联剂1～4份、石墨烯5～15份、锌粉10～25份、硅氧烷低聚物30～45份、抗微生物剂3～15份，耐腐蚀涂层的厚度为30～50g/m²，优选为35～45g/m²，并经过高温烘干处理，温度为100～180℃，处理时间为20～40min；

s2、通过焊接工艺将观测台4和底板27分别固定在支架2上端和下端；

s3、根据浮体3形状制作模具，浮体3内设有内筒16，内筒16包括筒体19、底板21和顶板20，筒体19和底板21为一体成型结构，模具制好后，按照常规制备复合材料成型的方法制备浮体3、内筒16，浮体3的壳体17厚度为15～20mm，内筒16厚度为10～15mm，并在浮体3外表面喷涂耐腐蚀涂料；

s4、浮体3脱模固化后，按照常规发泡材料的制备方法制备发泡材料，将发泡材料无间隙填充到内筒16；

s5、内筒16填充后，固定安装顶板20，然后在顶板20上固定安装吊环13，在底板21上固定安装定位环14，吊环13和定位环14分别穿过浮体3的壳体17；

s6、按照常规发泡材料的制备方法制备发泡材料，将发泡材料无间隙填充到浮体3的外腔18中，制得浮体3；

s7、通过铸造冶炼工艺制备钢材料，采用钢材料制备定位锚15的盒体，按照常规钢筋混凝土的制备方法，并加入钢纤维和聚乙烯醇纤维，按质量百分比，钢纤维1～1.5％，聚乙烯醇纤维0.4～0.5％，制备钢筋混凝土，将钢筋混凝土浇注在盒体内，制得定位锚15，并在定位锚15外表面喷涂耐腐蚀涂料；

s8、将步骤s2焊接后的支架2与步骤s6制得的浮体3通过螺栓固定连接，将步骤s6制得的浮体3与步骤s7制得的定位锚15通过连接装置固定连接。

进一步的，上述实施例中的钢材料为采用冶炼工艺制备。

进一步的，顶板20通过焊接工艺固定安装，吊环13和定位环14也均通过焊接的方式分别固定在顶板20和底板21上，提高组件相互之间的结合牢固。

进一步的，浮体3与定位锚15之间通过锚链固定连接。

需要说明的是，支架2与浮体3之间的固定连接方式不限于螺栓连接，也适用于其它紧固件的连接方式。

采用上述耐腐蚀的航标的加工方法制得航标，其中，试验航标1、试验航标2、试验航标3采用的耐腐蚀涂料相同，包括(按重量份)：环氧树脂30份、聚酯20份、钛酸酯偶联剂2.5份、石墨烯10份、锌粉20份、硅氧烷低聚物40份、抗微生物剂8份，耐腐蚀涂层的厚度分别为35g/m²、40g/m²、45g/m²并分别经过高温烘干处理，温度分别为120℃、140℃、160℃，相应处理时间分别为25min、30min、35min；并设有对照例，采用市场上某家的耐腐蚀涂料，耐腐蚀涂层的厚度为40g/m²，烘干温度为140℃，处理时间为30min，性能指标对比分析，见表1：

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，也可以进行相应技术特征的组合。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。