每年12月，Composites World雜志均會撰寫系列文章介紹當年復合材料在不同應用領域如航空航天、體育休閑、壓力容器、可再生能源等的應用最新進展情況，并對新一年的發展進行展望。本文概述了2022年復合材料在公共基礎設施領域的市場分析。
根據美國土木工程師協會（ American Society of Civil Engineers，ASCE）發布的2021年基礎設施報告，為了滿足電力基礎設施老化以及適應氣候變化導致的極端天氣事件的需要，近年來用于公共設施的更新和資金投入獲得了一定程度的推動，但這還有很長的路要走。
公共基礎設施包括電線桿和電纜、管道和手機信號塔等，過去一直嚴重依賴于更傳統、成本更低的材料，如木材或金屬，但得益于耐久性、更長的壽命和耐腐蝕性等優點，復合材料越來越多地在上述應用中被用作替代材料。
右側的舊混凝土和石棉覆蓋物容易破損、維護成本高昂；預計左側藍色的復合材料蓋壽命更長，并且可實現更少的維護
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值得注意的是，在2021年美國頒布了一項基礎設施法，宣布為跨越橋梁和道路維修、鐵路、公共交通、電網升級、電動汽車充電器安裝等項目提供超過1850億美元的資金。2022年11月，在新法案實施一年后，白宮報告了里程碑成果，包括投資更新電網以傳輸更多清潔能源并抵御極端天氣、清潔水基礎設施、啟動2800個新的橋梁修復和更換項目、為5000多輛新的清潔交通和校車提供資金，并批準了電動汽車充電網絡、高速互聯網部署和水資源資金的州際計劃。
隨著業已老化的木制和金屬電線桿的更換，玻璃纖維纏繞或拉擠復合材料電線桿提供了一種耐用、耐腐蝕的替代品解決方案，據報道其使用壽命可達75年。
如今許多電線桿的另一個優點是通過使用耐火樹脂、樹脂添加劑或其他解決方案來提高耐火性。2022年10月，美國Creative Composites Group的拉擠纖維增強聚合物（FRP）FireStrong桿在美國加利福尼亞州阿納海姆舉行的CAMX 2022上獲得了CAMX無與倫比的創新獎。拉擠FRP管使用CCG的耐氣候StormStrong桿作為內部底座，并具有一個專有的外部防火套管，根據UL94標準被列為V0級自滅火。FireStrong電線桿還包括自動監測溫度計，在發生火災時，可以讓檢查人員查看基礎電桿的強度水平。
近年來，其他值得注意的例子包括加拿大RS Technologies的電線桿和FRP防火盾防護產品，這些產品于2019年首次通過了各種防火測試；2020年，該公司宣布在美國猶他州圣喬治建立一個新的復合材料公用電線桿生產廠，以應對美國公用電線桿需求的增加。同樣在2020年，英國Technical fiber Products公司宣布，其Tecnofire膨脹型非織造材料生產線可為各種應用提供防火保護，目前正用于美國Valmont Industries Inc.生產的耐火復合材料電線桿。
除了電線桿，復合材料也越來越多地用于電力電纜和其他公用電纜，特別是拉擠碳纖維復合材料作為導電芯，使電力能夠通過電纜傳輸。據說，碳纖維可以增加電線的容量，并減少能量損失和因過熱而導致的電線下垂。在過去的20年里，許多公司都在該領域提供了解決方案，例如美國TS Conductor公司于2022年8月宣布與一家專注于能源的投資公司成立一家新的1億美元的合資企業，旨在用TS Conductors的產品翻新現有的電力基礎設施。
芬蘭Exel Composites公司在其產品中還提供了長達數公里的連續拉擠導體芯。在法國，拉擠和拉繞專家Epsilon Composite正在銷售一系列產品，其中包括100%碳纖維導體芯、混合玻璃纖維/碳纖維芯和具有保護性外層涂層或嵌入式纖維等集成功能的芯。
公用設施塔、塔和保護結構
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除電線桿外，復合材料還可用于其他公共基礎設施領域，如天線罩、手機信號或其他公用設施塔，以及壕溝、井蓋或外樓等保護結構。2022年，CW發布了一份關于美國Orenco Composites公司DuraFiber一件式或兩件式建筑的報告，該建筑通過玻璃纖維增強聚合物（GFRP）和泡沫芯的真空注入制造，可用作保護配電中心、通信設備等的副建筑。在這種情況下，GFRP提供了重量輕、抗腐蝕和易安裝等系列優點。
DuraFiber建筑鋪設、固化并配備了電氣面板、負載中心和變壓器，以及各種HVAC設備，從而最大限度地減少現場安裝的勞動力和時間
對于諸如管道和下水道等地下公共設施，復合材料已用于建造或修復公共設施隧道墻壁。美國QuakeWrap公司展示了碳纖維或玻璃纖維織物以最短的安裝時間修復和加固隧道的應用案例。2019年，該公司發布了一份報告，詳細介紹了QuakeWrap產品在亞利桑那大學校園地下一條多功能隧道的緊急維修中的使用情況。此外，QuakeWrap還提供遠程維修管道的產品。
對于通信基礎設施，美國IsoTruss公司的工程師定制了碳纖維增強聚合物（CFRP）柵格塔，用于固定和保護天線和其他設備。在給定重量下，IsoTruss?碳纖維柵格塔的強度是鋼的12倍，或者說在給定負載情況下，碳纖維柵格塔的重量只有鋼重量的十二分之一，與鋼塔建造相比，IsoTruss?碳纖維柵格塔降低了運輸、安裝和設備成本。IsoTruss塔設計并交付給懷俄明州土地管理局，它取代了一座鉸鏈式金屬塔，該金屬塔在冰雪或大風時在鉸鏈處不斷斷裂。40英尺高的IsoTruss塔，重量僅250磅，提供了一種輕質、防腐的解決方案。
IsoTruss公司開發的碳纖維復合材料信號塔
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為了保護水利基礎設施，哥倫比亞復合材料制造商Soling使用樹脂轉移模塑（RTM）建造了復合材料圓頂，以保護哥倫比亞Bogotá的一座大型混凝土儲水設施。同樣在這個市場中，2021年巴西一家專門生產脫模劑和防腐產品的FCI-Marbocote公司推出了自己的飲用水儲罐涂料。該產品名為Ycon CS Acqua，是應模塊化復合材料儲罐制造商Vantare的要求開發的。
耐腐蝕管道和水凈化
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復合材料還可以通過提供耐腐蝕、耐用和持久的地下管道解決方案，在翻新老化的地下飲用水基礎設施方面發揮重要作用。
玻璃纖維/聚酯復合材料在海水反滲透（SWRO）淡化的幾個階段中得到了廣泛的應用。例如，在美國加利福尼亞州，使用玻璃纖維/環氧樹脂壓力容器的SWRO工廠為該州日益嚴重的缺水問題提供了解決方案。復合材料壓力容器也用于廢水處理設施，通過對水的凈化來實現再利用。
未來，隨著用更持久的解決方案取代老化基礎設施的機會增加，復合材料在這些領域廣泛應用的機遇肯定會進一步擴大。
來源：CompositesWorld、碳纖維及其復合材料技術
原文鏈接：https://www.compositesworld.com/articles/composites-end-markets-utility-infrastructure-2023
原文始發于微信公眾號（艾邦復合材料網）：復合材料終端市場：公用事業基礎設施 (2023)
