1　新型控溫航空貨運集裝箱設計

RAP e2是一個所謂的冷藏ULD(成組裝運設備)，包括一個整體的升降式底座，也可作為飛機貨艙底板的一個標準約束界面。集裝箱由兩部分組成：貨艙和溫度控制單元隔間。兩個隔間通過隔熱板連接，帶有獨創的空氣導引裝置和管道，使空氣均勻地分布在整個貨艙中。集裝箱貨艙的內部尺寸是6.38m3，相當于五個歐洲規格托盤或四個美國規格托盤，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復合材料集裝箱，現有總計達4000多個自動溫控集裝箱。
　　與傳統鋁／聚氨酯泡沫結構相比，RAP e2項目提供改進的熱、結構和沖擊順傷性能。

2　制造工藝

       采用夾層復合材料設計的決定向Envirotainer工程師提出了挑戰，開發VARTM(真空輔助樹脂傳遞模塑)制造工藝，能使集裝箱高效批量生產，同時使夾層復合材料性能最大化。結果是玻璃纖維增強真空灌注聚酯，纖維質量分數是70％，采用泡沫芯子的夾層結構，提供優異的結構性能。集裝箱設計成在極端航空條件下能承載和裝入5噸分散貨物，該條件相當于-4g(負重力)。比如，這就意味著集裝箱殼體能承受20噸以上的載荷。
　　對于VARTM制造工藝，利用配套的剛性和柔性模具制備兩個夾層部件，通過一次注射成型組成集裝箱整個結構部件。玻璃纖維、芯材、嵌件、底板和門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特性是能夠形成方內角，最大化貨艙空間，意味著模具是無脫模角。通常，脫模角對這類工藝是必要的。

3　輕質耐久的貨艙底板

RAP e2集裝箱設計的一個難點是底板。優先選擇低密度芯材使其達到最佳隔熱性能。閉孔泡沫材料的密度與隔熱陛能在某種程度上是線性關系，但是低密度材料的壓縮強度是最低的，受限制的。當使用時，集裝箱底板承受托盤載荷高達5噸的貨物。錯位或非均勻裝載貨物可能引起底板出現大的集中載荷。整個集裝箱厚度60-80mm，選擇低密度泡沫芯材使其達到最佳隔熱性能。為在提高底板壓縮強度和耐久性的同時保持輕質，設計成多層夾層結構，第一層上面附上較高密度的芯材。這是一種輕質、高隔熱和高壓縮的雙夾層材料。
　　為保護玻璃纖維層壓板表層免受叉車和托盤的刮傷和撕裂，許多不同的解決方案需經受大量磨損測試。最后，HPL(高壓層壓板)層證明是最耐用的底板材料。在生產中，這層是在灌注過程中被粘接在多層底板上。

4　限制損傷尺寸的設計

集裝箱損傷的第一個原因是叉車。它們是重型機械，伸出尖銳的叉齒，偶爾叉槽發生錯位。實際上，保護輕質航空貨運集裝箱完全避免碰撞中出現裂口是不可能的。
　　為保證集裝箱的結構強度，在夾層結構蒙皮中使用多軸向玻璃纖維織物。這有助于結構載荷均勻分布。一般來說，在芯材兩邊鋪設同樣的材料，力求得到平衡對稱的夾層結構，但是在這種隋況下，它有可能是—個低劣產品。在叉車發生碰撞或更多危險情況下，叉齒完全割開整個箱壁是很有可能的。當外部夾層板是多軸向織物時，這就不是個大問題。叉齒割斷外部纖維，因為芯材可以作為砧骨起作用，引起的局部損傷與叉車橫截面差不多。這種損壞比較容易修補。
　　在夾層箱壁后面，當叉齒離開時，沿著箱壁的整個內側撕裂連續纖維，就像在厚木板上釘釘子時，背面會出現顆粒。為防止此現象出現，研發一種結合纖維的創新新方法，在集裝箱殼體兩面獲得同樣的限制損傷尺寸。由于非對稱夾層纖維鋪層，該結構被巧妙設計，防止任何彎曲或嵌入的內張力。

5　更低能量要求的雙隔熱性能

隨著Envirotainer復合材料集裝箱隊伍的增加，該新產品的價值已被反復不斷地驗證。與傳統鋁／聚氨酯泡沫結構相比，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熱的鋁／玻璃纖維增強聚酯，也由于低密度硬質泡沫芯材優異的隔熱性能。改進的隔熱性能導致溫控單元的電池組尺寸大幅度下降，壽命增加。

6　提高的堅韌性使損壞頻率減半

當把集裝箱運到世界各地的飛機停機坪上時，航空貨運集裝箱所處環境簡陋，磨損和撕裂程度較高。除了要經受所有可能的天氣情況外，叉車和卡車的碰撞會引起大量損壞。新型復合材料集裝箱應用現場統計顯示，損壞頻率減少2到3倍，因此也減少維修費用。雖然夾層結構板厚只有1mm，但是它已被證明相當堅固，耐沖擊。

7　維修簡易

如果發生意外損壞，Envirotainer團隊制定維修方案，只需要極少的復合材料／夾層結構知識。集裝箱幾乎可以在世界任何一個機場維修，只需相關人員經過維修方案的培訓。在完成培訓課程后，不需要Envirotainer公司自己的員工就可修復集裝箱的全適航性。這使維修站在世界范圍內廣泛覆蓋。維修原理相當簡單：切除破壞的層壓板和芯材，打磨損壞區域表面并清理干凈，用膠粘劑和一片新的芯材填補孔洞，集裝箱表面添加填充物，然后貼上預制層壓板貼片，固定貼片并固化。這個工序恢復了夾層板的整個強度。

8　質量保證期望

當運輸高價值、溫度敏感的保健產品時，必須限制集裝箱不可避免的損壞區域，使其面積盡可能的小。叉車可能引起損壞，破壞集裝箱壁一個面的整個芯材。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，直到轉移到另外一個冷藏庫。人工氣候測試證明即使損壞區域與足球尺寸一樣大，整個芯材被移走，在室溫30℃下通過電池動力，集裝箱仍然能保持特定的貨艙溫度2-8℃30小時以上。

9　原型系列

2011年年中推出20個RAP e2集裝箱原型系列。在早期就可以看出夾層復合材料集裝箱概念的益處，在這之后很快商業化批量生產。新型集裝箱模型研發項目從構想到第一批20個原型在現場測試和評價大約花了四年時間。
　　研發團隊由一支復合材料和機械工程師內部團隊與FEM顧問合作組成，與供應商關系密切。

10　認證過程

研發團隊最大的挑戰之一是把復合材料的使用向主導的鋁友好型航空工業和航空局(EASA和FAA)介紹。必須嚴格規范預定用于商用飛機零件的所有材料，在使用前，任何一種新材料必須經過航空局認證。鋁是航空工業眾所周知的各向同性均質材料，不同等級、質量和合金已經獲得航空局認證。這使它更容易實施。
　　設計復合材料集裝箱更難，但是期望效益值得付出努力。復合材料制備過程中大量的變量可能產生不同的材料性能。試圖單獨認證干纖維、樹脂和制造技術導致量大、耗時和高花費的認證過程。這就是很少有材料供應商認證的原因，一般需要大型飛機制造商的巨大財務支持。
　　為避免這個問題，沒有進行單個材料的認證過程，而是認證集裝箱裝備成品，一個較陜、經濟可行的方法能快速地把產品引入市場。經過航天局認證，集裝箱裝備通常與原始設計匹配，具有嚴格的質量和公差準則，設計和生產主體必須相符合。記錄每個生產部件，并從確認的生產日期、使用模具、溫度、濕度等獲得序列號。記錄設計數據偏差。任何重要設計更改要經受權威機構嚴格測試來證實結構。當與航天局合作時，工程師和技術員責任巨大，常常推動Envirotainer公司引領創新高科技和高質量產品市場。

11　概念獲獎

       復合材料集裝箱收效明顯，引起市場廣泛關注。設計概念獲得2012年巴塞爾質量分配創新冷鏈優秀獎，Envirotainer公司以其杰出的出口業績獲得2012年8月瑞典"Export Hermes"獎。
　　制藥和醫療保健公司要求產品在整個冷鏈體系中保持在特定的溫差范圍內，一般是+2~+8℃，或者常溫+15~+25℃。這為高質量和高安全溫控運輸產品帶來巨大的需求。

12　結　論

      RAP e2集裝箱是一個優化夾層復合材料產品，幾乎利用了這種設計的所有優勢。夾層結構保證結構完整陛，輕質芯材既是夾芯材料也是隔熱材料。與傳統金屬板和框架相比，從金屬板和框架到玻璃纖維增強聚酯壁和門的變化消除熱橋，夾層材料的堅韌性實際上提高耐沖擊／損傷性，從而增加了產品壽命。