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目前碳纖維復(fù)合材料為何不能在軌道交通中普及?

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隨著碳纖維市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大,碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷增加。除了汽車、高端醫(yī)療、航空航天等高精尖領(lǐng)域出現(xiàn)碳纖維的身影,在軌道交通方面,碳纖維也有所涉及。在國(guó)外軌道交通領(lǐng)域中,針對(duì)碳纖維的研究開展較早,目前已擁有一定是科研成果和工藝積累。

(圖示:軌道交通碳纖維車輛)

與國(guó)外相比,國(guó)內(nèi)開展碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的研究較晚,整體工藝也與國(guó)外存在差距,但仍有不少企業(yè)積極開展有關(guān)碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的研究,蘇州挪恩復(fù)合材料就是其中之一。隨著《中國(guó)制造2025》的提出,國(guó)家開始注重發(fā)展科技產(chǎn)業(yè),碳纖維也借此得到大力發(fā)展。但目前在軌道交通領(lǐng)域中,碳纖維的發(fā)展還比較緩慢,為此,小編邀請(qǐng)了對(duì)碳纖維軌道交通很有研究的挪恩復(fù)材陳工,來聽聽他的說法吧。

為什么軌道交通企業(yè)這么熱衷于碳纖維復(fù)合材料?

其實(shí)主要還是因?yàn)檩p量化。目前動(dòng)車組車廂除了CRH1采用不銹鋼車身,其他車型都采用高強(qiáng)度鋁合金材料,用以減輕重量。即便這樣,一節(jié)動(dòng)車組車體重量也要十多噸。而動(dòng)車組在啟動(dòng)加速階段的耗能是最大的,根據(jù)著名的F=ma公式,減輕重量可以大幅降低運(yùn)行能耗,同時(shí)重量輕了,對(duì)車軸和車輪的磨耗也會(huì)減小。

據(jù)了解,國(guó)內(nèi)幾家知名的軌道交通車輛廠商針對(duì)輕量化投入不計(jì)其數(shù)的人力、財(cái)力,就是想要尋找一個(gè)好的解決方案。軌道交通車輛輕量化的研究分為兩個(gè)方向,一個(gè)是輕量化設(shè)計(jì),另一個(gè)則是輕量化材料的使用。目前鋁合金的輕量化設(shè)計(jì)已到達(dá)瓶頸,再進(jìn)行減重勢(shì)必會(huì)影響到其他性能,至此,碳纖維復(fù)合材料成為了人們新的選擇。

軌道交通輕量化是必然趨勢(shì)

從軌道交通車輛生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部來看,對(duì)碳纖維復(fù)合材料輕量化的應(yīng)用決心很大?,F(xiàn)在已經(jīng)到了逢會(huì)必談?shì)p量化,逢輕量化必談碳纖維應(yīng)用的階段。碳纖維復(fù)合材料不僅可以滿足軌道交通車輛輕量化需求,在強(qiáng)度、耐沖擊性、防火等其他性能方面表現(xiàn)出色。

距離碳纖維應(yīng)用普及還有很長(zhǎng)的路要走

在過去的幾年的時(shí)間,國(guó)內(nèi)的軌道交通車輛企業(yè)也做了大量工作,與碳纖維企業(yè)聯(lián)合研發(fā)碳纖維的部件,挪恩復(fù)材就曾為國(guó)內(nèi)某軌道交通車輛廠商定制碳纖維部件。但是目前為止,大部分屬于內(nèi)裝使用玻纖復(fù)合材料較多,在外部大規(guī)模使用碳纖維復(fù)合材料非常少見,這其中有成本因素,也有其他因素。

首先,如何保證使用的碳纖維復(fù)合材料一定能夠達(dá)到軌道交通車輛的力學(xué)要求,怎么做到用最少的材料滿足設(shè)計(jì)需求。這就需要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的原材料性能要可靠,通過試樣(單層板和層合板)、元件、組合件、全尺寸部件等多個(gè)層次的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證,才能放心使用。

其次是在安全性放。目前高鐵動(dòng)車組跑到一定的公里數(shù)要進(jìn)行不同等級(jí)的維護(hù),到最高5級(jí)修的時(shí)候,需要把車體油漆全部脫離掉,檢查車體是否含有裂紋等缺陷。如果換成復(fù)合材料車體,那么維護(hù)周期要多長(zhǎng)?老化壽命有多久??jī)?nèi)部出現(xiàn)缺陷如何檢測(cè)、如何修復(fù)?

最后,軌道交通領(lǐng)域目前還未建立起一套復(fù)合材料應(yīng)用體系。面對(duì)諸多不確定問題,缺乏和碳纖維企業(yè)一致的對(duì)接理由。其實(shí)很多軌道交通車輛廠商遇到的問題,在碳纖維企業(yè)都能找到解決方案,但受制于產(chǎn)業(yè)鏈的不完整、碳纖維企業(yè)水平層次不齊等諸多因素,導(dǎo)致兩者未能產(chǎn)生良好的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。

結(jié)合以上的介紹,可以預(yù)見未來碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用潛力非常巨大。如若軌道交通廠商與碳纖維企業(yè)能夠及時(shí)對(duì)接,不僅能夠幫助廠商打破自身碳纖維應(yīng)用的僵局,兩者的合作還能加速碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用,典型雙贏局面。

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