每年12月，Composites World杂志均会撰写系列文章介绍当年复合材料在不同应用领域如航空航天、体育休闲、压力容器、可再生能源等的应用最新进展情况，并对新一年的发展进行展望。本文概述了2022年复合材料在公共基础设施领域的市场分析。
根据美国土木工程师协会（ American Society of Civil Engineers，ASCE）发布的2021年基础设施报告，为了满足电力基础设施老化以及适应气候变化导致的极端天气事件的需要，近年来用于公共设施的更新和资金投入获得了一定程度的推动，但这还有很长的路要走。
公共基础设施包括电线杆和电缆、管道和手机信号塔等，过去一直严重依赖于更传统、成本更低的材料，如木材或金属，但得益于耐久性、更长的寿命和耐腐蚀性等优点，复合材料越来越多地在上述应用中被用作替代材料。
右侧的旧混凝土和石棉覆盖物容易破损、维护成本高昂；预计左侧蓝色的复合材料盖寿命更长，并且可实现更少的维护
值得注意的是，在2021年美国颁布了一项基础设施法，宣布为跨越桥梁和道路维修、铁路、公共交通、电网升级、电动汽车充电器安装等项目提供超过1850亿美元的资金。2022年11月，在新法案实施一年后，白宫报告了里程碑成果，包括投资更新电网以传输更多清洁能源并抵御极端天气、清洁水基础设施、启动2800个新的桥梁修复和更换项目、为5000多辆新的清洁交通和校车提供资金，并批准了电动汽车充电网络、高速互联网部署和水资源资金的州际计划。
随着业已老化的木制和金属电线杆的更换，玻璃纤维缠绕或拉挤复合材料电线杆提供了一种耐用、耐腐蚀的替代品解决方案，据报道其使用寿命可达75年。
如今许多电线杆的另一个优点是通过使用耐火树脂、树脂添加剂或其他解决方案来提高耐火性。2022年10月，美国Creative Composites Group的拉挤纤维增强聚合物（FRP）FireStrong杆在美国加利福尼亚州阿纳海姆举行的CAMX 2022上获得了CAMX无与伦比的创新奖。拉挤FRP管使用CCG的耐气候StormStrong杆作为内部底座，并具有一个专有的外部防火套管，根据UL94标准被列为V0级自灭火。FireStrong电线杆还包括自动监测温度计，在发生火灾时，可以让检查人员查看基础电杆的强度水平。
近年来，其他值得注意的例子包括加拿大RS Technologies的电线杆和FRP防火盾防护产品，这些产品于2019年首次通过了各种防火测试；2020年，该公司宣布在美国犹他州圣乔治建立一个新的复合材料公用电线杆生产厂，以应对美国公用电线杆需求的增加。同样在2020年，英国Technical fiber Products公司宣布，其Tecnofire膨胀型非织造材料生产线可为各种应用提供防火保护，目前正用于美国Valmont Industries Inc.生产的耐火复合材料电线杆。
除了电线杆，复合材料也越来越多地用于电力电缆和其他公用电缆，特别是拉挤碳纤维复合材料作为导电芯，使电力能够通过电缆传输。据说，碳纤维可以增加电线的容量，并减少能量损失和因过热而导致的电线下垂。在过去的20年里，许多公司都在该领域提供了解决方案，例如美国TS Conductor公司于2022年8月宣布与一家专注于能源的投资公司成立一家新的1亿美元的合资企业，旨在用TS Conductors的产品翻新现有的电力基础设施。
芬兰Exel Composites公司在其产品中还提供了长达数公里的连续拉挤导体芯。在法国，拉挤和拉绕专家Epsilon Composite正在销售一系列产品，其中包括100%碳纤维导体芯、混合玻璃纤维/碳纤维芯和具有保护性外层涂层或嵌入式纤维等集成功能的芯。
公用设施塔、塔和保护结构
除电线杆外，复合材料还可用于其他公共基础设施领域，如天线罩、手机信号或其他公用设施塔，以及壕沟、井盖或外楼等保护结构。2022年，CW发布了一份关于美国Orenco Composites公司DuraFiber一件式或两件式建筑的报告，该建筑通过玻璃纤维增强聚合物（GFRP）和泡沫芯的真空注入制造，可用作保护配电中心、通信设备等的副建筑。在这种情况下，GFRP提供了重量轻、抗腐蚀和易安装等系列优点。
DuraFiber建筑铺设、固化并配备了电气面板、负载中心和变压器，以及各种HVAC设备，从而最大限度地减少现场安装的劳动力和时间
对于诸如管道和下水道等地下公共设施，复合材料已用于建造或修复公共设施隧道墙壁。美国QuakeWrap公司展示了碳纤维或玻璃纤维织物以最短的安装时间修复和加固隧道的应用案例。2019年，该公司发布了一份报告，详细介绍了QuakeWrap产品在亚利桑那大学校园地下一条多功能隧道的紧急维修中的使用情况。此外，QuakeWrap还提供远程维修管道的产品。
对于通信基础设施，美国IsoTruss公司的工程师定制了碳纤维增强聚合物（CFRP）栅格塔，用于固定和保护天线和其他设备。在给定重量下，IsoTruss®碳纤维栅格塔的强度是钢的12倍，或者说在给定负载情况下，碳纤维栅格塔的重量只有钢重量的十二分之一，与钢塔建造相比，IsoTruss®碳纤维栅格塔降低了运输、安装和设备成本。IsoTruss塔设计并交付给怀俄明州土地管理局，它取代了一座铰链式金属塔，该金属塔在冰雪或大风时在铰链处不断断裂。40英尺高的IsoTruss塔，重量仅250磅，提供了一种轻质、防腐的解决方案。
IsoTruss公司开发的碳纤维复合材料信号塔
为了保护水利基础设施，哥伦比亚复合材料制造商Soling使用树脂转移模塑（RTM）建造了复合材料圆顶，以保护哥伦比亚Bogotá的一座大型混凝土储水设施。同样在这个市场中，2021年巴西一家专门生产脱模剂和防腐产品的FCI-Marbocote公司推出了自己的饮用水储罐涂料。该产品名为Ycon CS Acqua，是应模块化复合材料储罐制造商Vantare的要求开发的。
耐腐蚀管道和水净化
复合材料还可以通过提供耐腐蚀、耐用和持久的地下管道解决方案，在翻新老化的地下饮用水基础设施方面发挥重要作用。
玻璃纤维/聚酯复合材料在海水反渗透（SWRO）淡化的几个阶段中得到了广泛的应用。例如，在美国加利福尼亚州，使用玻璃纤维/环氧树脂压力容器的SWRO工厂为该州日益严重的缺水问题提供了解决方案。复合材料压力容器也用于废水处理设施，通过对水的净化来实现再利用。
未来，随着用更持久的解决方案取代老化基础设施的机会增加，复合材料在这些领域广泛应用的机遇肯定会进一步扩大。
来源：CompositesWorld、碳纤维及其复合材料技术
原文链接：https://www.compositesworld.com/articles/composites-end-markets-utility-infrastructure-2023
原文始发于微信公众号（艾邦复合材料网）：复合材料终端市场：公用事业基础设施 (2023)
