1　新型控溫航空貨運(yùn)集裝箱設(shè)計(jì)

RAP e2是一個(gè)所謂的冷藏ULD(成組裝運(yùn)設(shè)備)，包括一個(gè)整體的升降式底座，也可作為飛機(jī)貨艙底板的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)約束界面。集裝箱由兩部分組成：貨艙和溫度控制單元隔間。兩個(gè)隔間通過(guò)隔熱板連接，帶有獨(dú)創(chuàng)的空氣導(dǎo)引裝置和管道，使空氣均勻地分布在整個(gè)貨艙中。集裝箱貨艙的內(nèi)部尺寸是6.38m3，相當(dāng)于五個(gè)歐洲規(guī)格托盤(pán)或四個(gè)美國(guó)規(guī)格托盤(pán)，具有承受5噸凈重(4933kg)的承載能力。Envirotainer公司投入大量資金研發(fā)復(fù)合材料集裝箱，現(xiàn)有總計(jì)達(dá)4000多個(gè)自動(dòng)溫控集裝箱。
　　與傳統(tǒng)鋁／聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)相比，RAP e2項(xiàng)目提供改進(jìn)的熱、結(jié)構(gòu)和沖擊順傷性能。

2　制造工藝

       采用夾層復(fù)合材料設(shè)計(jì)的決定向Envirotainer工程師提出了挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)VARTM(真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑)制造工藝，能使集裝箱高效批量生產(chǎn)，同時(shí)使夾層復(fù)合材料性能最大化。結(jié)果是玻璃纖維增強(qiáng)真空灌注聚酯，纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)是70％，采用泡沫芯子的夾層結(jié)構(gòu)，提供優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能。集裝箱設(shè)計(jì)成在極端航空條件下能承載和裝入5噸分散貨物，該條件相當(dāng)于-4g(負(fù)重力)。比如，這就意味著集裝箱殼體能承受20噸以上的載荷。
　　對(duì)于VARTM制造工藝，利用配套的剛性和柔性模具制備兩個(gè)夾層部件，通過(guò)一次注射成型組成集裝箱整個(gè)結(jié)構(gòu)部件。玻璃纖維、芯材、嵌件、底板和門(mén)鎖桿型腔都集成在灌注工藝中，所以，在裝配前除了去除模具殘留物外，只需最少的后加工。
　　該VARTM制備工藝的另外一個(gè)特性是能夠形成方內(nèi)角，最大化貨艙空間，意味著模具是無(wú)脫模角。通常，脫模角對(duì)這類(lèi)工藝是必要的。

3　輕質(zhì)耐久的貨艙底板

RAP e2集裝箱設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)是底板。優(yōu)先選擇低密度芯材使其達(dá)到最佳隔熱性能。閉孔泡沫材料的密度與隔熱陛能在某種程度上是線(xiàn)性關(guān)系，但是低密度材料的壓縮強(qiáng)度是最低的，受限制的。當(dāng)使用時(shí)，集裝箱底板承受托盤(pán)載荷高達(dá)5噸的貨物。錯(cuò)位或非均勻裝載貨物可能引起底板出現(xiàn)大的集中載荷。整個(gè)集裝箱厚度60-80mm，選擇低密度泡沫芯材使其達(dá)到最佳隔熱性能。為在提高底板壓縮強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)保持輕質(zhì)，設(shè)計(jì)成多層夾層結(jié)構(gòu)，第一層上面附上較高密度的芯材。這是一種輕質(zhì)、高隔熱和高壓縮的雙夾層材料。
　　為保護(hù)玻璃纖維層壓板表層免受叉車(chē)和托盤(pán)的刮傷和撕裂，許多不同的解決方案需經(jīng)受大量磨損測(cè)試。最后，HPL(高壓層壓板)層證明是最耐用的底板材料。在生產(chǎn)中，這層是在灌注過(guò)程中被粘接在多層底板上。

4　限制損傷尺寸的設(shè)計(jì)

集裝箱損傷的第一個(gè)原因是叉車(chē)。它們是重型機(jī)械，伸出尖銳的叉齒，偶爾叉槽發(fā)生錯(cuò)位。實(shí)際上，保護(hù)輕質(zhì)航空貨運(yùn)集裝箱完全避免碰撞中出現(xiàn)裂口是不可能的。
　　為保證集裝箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在夾層結(jié)構(gòu)蒙皮中使用多軸向玻璃纖維織物。這有助于結(jié)構(gòu)載荷均勻分布。一般來(lái)說(shuō)，在芯材兩邊鋪設(shè)同樣的材料，力求得到平衡對(duì)稱(chēng)的夾層結(jié)構(gòu)，但是在這種隋況下，它有可能是—個(gè)低劣產(chǎn)品。在叉車(chē)發(fā)生碰撞或更多危險(xiǎn)情況下，叉齒完全割開(kāi)整個(gè)箱壁是很有可能的。當(dāng)外部夾層板是多軸向織物時(shí)，這就不是個(gè)大問(wèn)題。叉齒割斷外部纖維，因?yàn)樾静目梢宰鳛檎韫瞧鹱饔茫鸬木植繐p傷與叉車(chē)橫截面差不多。這種損壞比較容易修補(bǔ)。
　　在夾層箱壁后面，當(dāng)叉齒離開(kāi)時(shí)，沿著箱壁的整個(gè)內(nèi)側(cè)撕裂連續(xù)纖維，就像在厚木板上釘釘子時(shí)，背面會(huì)出現(xiàn)顆粒。為防止此現(xiàn)象出現(xiàn)，研發(fā)一種結(jié)合纖維的創(chuàng)新新方法，在集裝箱殼體兩面獲得同樣的限制損傷尺寸。由于非對(duì)稱(chēng)夾層纖維鋪層，該結(jié)構(gòu)被巧妙設(shè)計(jì)，防止任何彎曲或嵌入的內(nèi)張力。

5　更低能量要求的雙隔熱性能

隨著Envirotainer復(fù)合材料集裝箱隊(duì)伍的增加，該新產(chǎn)品的價(jià)值已被反復(fù)不斷地驗(yàn)證。與傳統(tǒng)鋁／聚氨酯泡沫結(jié)構(gòu)相比，隔熱陛能增加一倍。集裝箱外殼的所有熱橋都被消除，在一定程度上是由于取代了高導(dǎo)熱的鋁／玻璃纖維增強(qiáng)聚酯，也由于低密度硬質(zhì)泡沫芯材優(yōu)異的隔熱性能。改進(jìn)的隔熱性能導(dǎo)致溫控單元的電池組尺寸大幅度下降，壽命增加。

6　提高的堅(jiān)韌性使損壞頻率減半

當(dāng)把集裝箱運(yùn)到世界各地的飛機(jī)停機(jī)坪上時(shí)，航空貨運(yùn)集裝箱所處環(huán)境簡(jiǎn)陋，磨損和撕裂程度較高。除了要經(jīng)受所有可能的天氣情況外，叉車(chē)和卡車(chē)的碰撞會(huì)引起大量損壞。新型復(fù)合材料集裝箱應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)顯示，損壞頻率減少2到3倍，因此也減少維修費(fèi)用。雖然夾層結(jié)構(gòu)板厚只有1mm，但是它已被證明相當(dāng)堅(jiān)固，耐沖擊。

7　維修簡(jiǎn)易

如果發(fā)生意外損壞，Envirotainer團(tuán)隊(duì)制定維修方案，只需要極少的復(fù)合材料／夾層結(jié)構(gòu)知識(shí)。集裝箱幾乎可以在世界任何一個(gè)機(jī)場(chǎng)維修，只需相關(guān)人員經(jīng)過(guò)維修方案的培訓(xùn)。在完成培訓(xùn)課程后，不需要Envirotainer公司自己的員工就可修復(fù)集裝箱的全適航性。這使維修站在世界范圍內(nèi)廣泛覆蓋。維修原理相當(dāng)簡(jiǎn)單：切除破壞的層壓板和芯材，打磨損壞區(qū)域表面并清理干凈，用膠粘劑和一片新的芯材填補(bǔ)孔洞，集裝箱表面添加填充物，然后貼上預(yù)制層壓板貼片，固定貼片并固化。這個(gè)工序恢復(fù)了夾層板的整個(gè)強(qiáng)度。

8　質(zhì)量保證期望

當(dāng)運(yùn)輸高價(jià)值、溫度敏感的保健產(chǎn)品時(shí)，必須限制集裝箱不可避免的損壞區(qū)域，使其面積盡可能的小。叉車(chē)可能引起損壞，破壞集裝箱壁一個(gè)面的整個(gè)芯材。一大塊隔熱材料被破壞，但是貨艙的貨物仍然必須保持在耐受溫度內(nèi)，直到轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)冷藏庫(kù)。人工氣候測(cè)試證明即使損壞區(qū)域與足球尺寸一樣大，整個(gè)芯材被移走，在室溫30℃下通過(guò)電池動(dòng)力，集裝箱仍然能保持特定的貨艙溫度2-8℃30小時(shí)以上。

9　原型系列

2011年年中推出20個(gè)RAP e2集裝箱原型系列。在早期就可以看出夾層復(fù)合材料集裝箱概念的益處，在這之后很快商業(yè)化批量生產(chǎn)。新型集裝箱模型研發(fā)項(xiàng)目從構(gòu)想到第一批20個(gè)原型在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和評(píng)價(jià)大約花了四年時(shí)間。
　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)由一支復(fù)合材料和機(jī)械工程師內(nèi)部團(tuán)隊(duì)與FEM顧問(wèn)合作組成，與供應(yīng)商關(guān)系密切。

10　認(rèn)證過(guò)程

研發(fā)團(tuán)隊(duì)最大的挑戰(zhàn)之一是把復(fù)合材料的使用向主導(dǎo)的鋁友好型航空工業(yè)和航空局(EASA和FAA)介紹。必須嚴(yán)格規(guī)范預(yù)定用于商用飛機(jī)零件的所有材料，在使用前，任何一種新材料必須經(jīng)過(guò)航空局認(rèn)證。鋁是航空工業(yè)眾所周知的各向同性均質(zhì)材料，不同等級(jí)、質(zhì)量和合金已經(jīng)獲得航空局認(rèn)證。這使它更容易實(shí)施。
　　設(shè)計(jì)復(fù)合材料集裝箱更難，但是期望效益值得付出努力。復(fù)合材料制備過(guò)程中大量的變量可能產(chǎn)生不同的材料性能。試圖單獨(dú)認(rèn)證干纖維、樹(shù)脂和制造技術(shù)導(dǎo)致量大、耗時(shí)和高花費(fèi)的認(rèn)證過(guò)程。這就是很少有材料供應(yīng)商認(rèn)證的原因，一般需要大型飛機(jī)制造商的巨大財(cái)務(wù)支持。
　　為避免這個(gè)問(wèn)題，沒(méi)有進(jìn)行單個(gè)材料的認(rèn)證過(guò)程，而是認(rèn)證集裝箱裝備成品，一個(gè)較陜、經(jīng)濟(jì)可行的方法能快速地把產(chǎn)品引入市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)航天局認(rèn)證，集裝箱裝備通常與原始設(shè)計(jì)匹配，具有嚴(yán)格的質(zhì)量和公差準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)主體必須相符合。記錄每個(gè)生產(chǎn)部件，并從確認(rèn)的生產(chǎn)日期、使用模具、溫度、濕度等獲得序列號(hào)。記錄設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)偏差。任何重要設(shè)計(jì)更改要經(jīng)受權(quán)威機(jī)構(gòu)嚴(yán)格測(cè)試來(lái)證實(shí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)與航天局合作時(shí)，工程師和技術(shù)員責(zé)任巨大，常常推動(dòng)Envirotainer公司引領(lǐng)創(chuàng)新高科技和高質(zhì)量產(chǎn)品市場(chǎng)。

11　概念獲獎(jiǎng)

       復(fù)合材料集裝箱收效明顯，引起市場(chǎng)廣泛關(guān)注。設(shè)計(jì)概念獲得2012年巴塞爾質(zhì)量分配創(chuàng)新冷鏈優(yōu)秀獎(jiǎng)，Envirotainer公司以其杰出的出口業(yè)績(jī)獲得2012年8月瑞典"Export Hermes"獎(jiǎng)。
　　制藥和醫(yī)療保健公司要求產(chǎn)品在整個(gè)冷鏈體系中保持在特定的溫差范圍內(nèi)，一般是+2~+8℃，或者常溫+15~+25℃。這為高質(zhì)量和高安全溫控運(yùn)輸產(chǎn)品帶來(lái)巨大的需求。

12　結(jié)　論

      RAP e2集裝箱是一個(gè)優(yōu)化夾層復(fù)合材料產(chǎn)品，幾乎利用了這種設(shè)計(jì)的所有優(yōu)勢(shì)。夾層結(jié)構(gòu)保證結(jié)構(gòu)完整陛，輕質(zhì)芯材既是夾芯材料也是隔熱材料。與傳統(tǒng)金屬板和框架相比，從金屬板和框架到玻璃纖維增強(qiáng)聚酯壁和門(mén)的變化消除熱橋，夾層材料的堅(jiān)韌性實(shí)際上提高耐沖擊／損傷性，從而增加了產(chǎn)品壽命。