碳纖維復(fù)合材料用途廣泛 重載鐵路貨車迎來新發(fā)展
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】碳纖維復(fù)合材料時一種高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，具備優(yōu)異的耐熱性、抗腐蝕性，并且易于加工，因此受到了廣泛關(guān)注，被用于航空航天、交通運(yùn)輸、建筑工程、電子器械等多個領(lǐng)域，賦予了許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)新可能，碳纖維材料的發(fā)展及運(yùn)用也是目前的研究熱點(diǎn)。
尤其是在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，碳纖維長期以來被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)車輛輕量化的突破口，被重點(diǎn)關(guān)注。對于車輛來說，強(qiáng)度決定了其安全性與負(fù)重能力，重量則影響了能耗。因此在保證車輛性能的前提下，減輕車身重量就是在間接的降低車輛能耗，讓車輛更綠色跟低碳。這也是為什么近幾年，越來越多的高端車開始采用碳纖維零件來提升車輛性能的原因。
不過，傳統(tǒng)轎車并非是碳纖維真正大展拳腳的地方，軌道交通領(lǐng)域，尤其是重載鐵路貨車更需要碳纖維材料的加入。傳統(tǒng)重載鐵路貨車為保證載貨強(qiáng)度，主要采用鋼、鋁合金等金屬材料，而受制于材料特性，車輛面臨減重瓶頸。同時考慮到載貨這一根本需求，如果想要替代鋼、鋁合金等金屬材料，新的材料在抗疲勞、耐腐蝕等方面也要具備較為突出的性能。而碳纖維恰好滿足了這一點(diǎn)，因此是實(shí)現(xiàn)重載鐵路貨車輕量化的絕佳材料。
然而想要真的實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)卻存在諸多難題。
首先是加工過程對強(qiáng)度和剛性的影響。碳纖維具有高強(qiáng)度和高剛度同時也具有脆性，因此在加工過程中需要精確的工藝控制，不然會導(dǎo)致材料出現(xiàn)尺寸誤差，或者出現(xiàn)明顯的性能下降。同時，考慮到碳纖維材料不同于金屬材料，并沒有獨(dú)特的韌性，因此在針對重載鐵路貨車這種需要承受巨大的載荷的應(yīng)用場景時，還需要合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計來發(fā)揮出其高強(qiáng)度和高剛度優(yōu)勢，避開脆性這一短板。
再者就是環(huán)境適應(yīng)性方面的影響。重載鐵路貨車在戶外運(yùn)行，需要經(jīng)受各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，如高溫、低溫、潮濕、腐蝕等。因此用于重載鐵路貨車的碳纖維材料需要具備良好的環(huán)境適應(yīng)性，以保證其長期使用的可靠性和穩(wěn)定性。這也會間接導(dǎo)致生產(chǎn)工藝變復(fù)雜，生產(chǎn)成本增加。
而就在最近，我國首批碳纖維復(fù)合材料輕量化重載鐵路貨車正式下線，標(biāo)志了我國在該方面實(shí)現(xiàn)了重要突破。
據(jù)悉該批貨車由國家能源集團(tuán)鐵路裝備公司等單位聯(lián)合研制，使用的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量分別為鋁合金材質(zhì)的3—5倍和1.5—1.8倍，自重較同類鋁合金材料車體降低20%以上，最終成品相較于過去傳統(tǒng)重載鐵路貨車更輕更節(jié)能、強(qiáng)度更高、環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。
而在碳纖維材料之余，該型重載鐵路貨車還集成了許多其它的技術(shù)，包括高強(qiáng)度重載車鉤、集成式空氣制動裝置、自卸式底門開閉裝置等新型部件，以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)。為未來鐵路運(yùn)輸工作，帶去更多可能同時，也針對后續(xù)車輛改造起到示范作用。
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