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科普|碳纖維復合材料在軌道交通上的應用
來源: 江蘇博實科技 時間: 2020-08-12 瀏覽: 3894

碳纖維是有機纖維經過碳化和石墨化處理得到的,它的密度低,甚至比鋁的密度還低,但是強度卻很大,比鋼材還要高。為了擴大碳纖維的應用價值,將碳纖維與其他基質(如樹脂、金屬、陶瓷等)混合獲得了碳纖維復合材料,抗拉強度高出鋼鐵7倍以上,而且不易發生形變、耐高溫、耐腐蝕,原先在航空航天領域應用較多,隨著技術和工藝的進步,碳纖維復合材料在軌道交通上的應用也開始增加。

過去的機車前端車罩是由玻璃鋼樹脂制成,平均厚度在8mm左右,碳纖維復合材料板采用泡沫夾芯的三明治結構,層板厚度為2mm,中間夾芯2mm的泡沫層。可以增強車體的保溫和隔音效果,并且強度比傳統材料要高,重量僅為傳統材料的2/3,對于降低機車運行的耗能起到積極作用。

在正常情況下,要求機車的壽命在30年以上,由于機車常年運行,所以對車體材質的耐腐蝕能力和耐氣候能力要求較高。碳纖維復合材料屬于非金屬惰性材料,化學性質十分穩定,在酸堿鹽等腐蝕環境中依然可以長時間運行。此外,碳纖維復合材料比強度和比模量高,溫差變化蠕變小,機車在運行中,告訴氣流和溫度變化對材質不會產生影響。

傳統的軌道車輛為了隔音降噪,采用的是巖棉和玻璃絲綿這些材質,重量大不環保,且不利于回收。在提倡高性能和環保的要求下,越來越多的軌道車輛選擇使用碳纖維絲綿作為隔音降噪替換的對象。除此之外,碳纖維材料耐高溫性能也十分突出,對車輛的防火性能發揮出比較大的作用,博實一款耐高溫碳纖維增強材料可耐受高溫達400℃左右。

軌道車輛的內部空間會包含很多受力部件,如門窗把手、門把手、推拉門導軌等,過去大部分受力部件采用的是金屬材質,往往質量較大,在長時間的使用過程中會慢慢發生侵蝕,影響受力部件的美觀和使用壽命。我們可以利用碳纖維復合材料作為受力部件的制作材料。由于碳纖維的強度比金屬的還高,所以受力部件的使用性能不會有影響,并且碳纖維復合材料耐腐蝕性能強,在長時間的使用后還可以保持良好的外觀,保證使用壽命。

碳纖維復合材料在成型后,表面會形成特有的編織花紋,會讓人眼前一亮,除了受力部件,甚至車廂內的裝飾材料也可替換成碳纖維,既能起到美觀的作用,又能降低車輛重量,提高車輛整體性能。

隨著碳纖維生產制造技術不斷進步,在軌道車輛的機械零部件和內飾件上已經開始得到應用,雖然韌性沒有鋼材好,但是它的強度和耐磨損能力比鋼材的要高,可作為受力平穩處部件的制作材料。我們應該積極地推進碳纖維復合材料在軌道交通車輛上的應用,不斷地降低車輛的重量,有效提高車輛的各項性能,給乘客提供更優質的服務和更舒適的乘車體驗。

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