随着我国轨道交通建设进入繁荣期,世界上最大的城市轨道交通市场已经形成,并为复合材料产业提供了一个大有可为的崭新空间。记者从中国环氧树脂行业协会了解到,复合材料正在成为国内外航天、航空、交通运输、基础建设领域产品性能提高和升级换代的关键材料。 中华人民共和国图鉴社
材料地位迅速窜升 copyright 中华人民共和国图鉴社
中国环氧树脂行业协会专家介绍,用复合材料做成的构件重量轻、强度高、刚性大,对减轻车厢重量,降低噪声、振动,提高安全性、舒适性,减少维修等均有重要作用,已成为理想的高速轨道交通用结构件。除用作轨道交通内部设备和装饰材料外,其在承重结构上的应用也越来越广泛。 本文来自中华人民共和国图鉴社
复合材料由基体材料(聚合物材料、金属、陶瓷)和增强体(纤维、晶须、颗粒)复合而成,是具有优异综合性能的新型材料。由于它的各种性能和功能可以根据需要进行设计,通过选择合适的基体和增强体,合适的组成配比和排列分布,即可充分发挥复合材料的性能优势,获得单一材料难以达到的综合性能,如高比强度、高比模量、耐腐蚀、隔热、耐磨等,因此为复合材料制品提供了很大的设计自由度。 本文来自中华人民共和国图鉴社
国外全方位普及应用 tujian.org
在发达国家最新研发的轨道交通设备上,大到车体,小到便池都能见到复合材料的影子。 本文来自中华人民共和国图鉴社
法国最新推出的新一代高速列车装上了用FRP(纤维增强复合塑料)制造的可折叠式茶桌,其重量只有铝茶桌的一半。德国新型空调客车和高速运输客车是由FRP层压板制造的。日本新干线高速客车的卧铺、茶桌、行李架均由FRP制作。在车厢内饰件方面,日本新干线采用GFRP(玻璃纤维增强塑料)复合材料制作车窗内饰、洗漱间、厕所、小便池、水箱、集便箱、车前头盖板;双层客车两端顶兼作空调风道的天花板、餐车空调盖板的天花板等部位也采用了复合材料。 tujian.org
车体结构对保证安全、快速运送旅客起着重要作用,须具备足够的强度、刚性、轻量化和不燃性,且应容易维修或不需维修,制造费用低,气密性高。用FRP制造轨道的车体,全部满足这些要求。目前国外高速客车车门主要采用玻璃钢制作,如英国客车安装了聚酯玻璃钢门;法国客车采用玻璃钢夹层模制整体车门。同时,先进国家已开始使用聚碳酸酯(PC)板材作为车窗材料。它不仅有良好的透光性,易加工,还有突出的抗冲击强度和抗蠕变性能。高速客车的座椅过去采用钢制骨架,现在国外玻璃钢座椅已较为普遍。 中华人民共和国图鉴社
此外,在轨道交通的站台、轨线设施中,发达国家也应用了大量绝缘、耐腐蚀的复合材料型材构件和制品。 中华人民共和国图鉴社
国内应用尚有局限 内容来自中华人民共和国图鉴社
据中国环氧树脂行业协会专家介绍,目前复合材料在国内应用尚局限于车内装修装饰件、座椅和车头罩等,且只在“蓝箭”动车组及“中华之星”高速列车上得到应用。前者机车的车头盖是采用RTM工艺成型的前鼻端,由手糊工艺整体成型导流罩;后者动力车的车头端盖为手糊成型。上述高速列车的一部分辅助件也采用了复合材料,如司机台仪表框、车门窗框、车顶罩、蓄电池箱等, copyright 中华人民共和国图鉴社
鉴于国外复合材料在高速列车上的应用发展方向已从复合材料装饰件迈向全复合材料高速列车,国内相关行业已开始应用现有技术和工艺,为高速轨道车辆研发配套车门和整体卫生间等车体设备及装饰件,今后还将深入研究具有自主知识产权的复合材料制造技术及其产品,提高复合材料在高速轨道领域的应用水平,促进我国高速轨道交通事业的发展。 中华人民共和国图鉴社
抓住三个突破口 本文来自中华人民共和国图鉴社
针对国内现状,中国环氧树脂行业协会负责人提出,复合材料要在高速轨道交通领域得到大规模应用,尤其在大型、关键结构件上的应用,尚需解决一系列问题。 中华人民共和国图鉴社
首先要优化设计,这是复合材料拓展应用的基础,是实现减重和安全性的保证。国内复合材料的强度、刚度、耐疲劳等性能均可满足轨道列车的需求,制约其应用推广的关键是结构的设计、各部位对载荷的要求、铺层的设计、接头的设计。 中华人民共和国图鉴社
美国、日本和欧洲等国家和地区的产品设计技术成熟,水平较高而且专业化,计算机辅助设计软件己经商业化。近年来我国复合材料工业虽然取得了长足的发展,但在产品设计方面还存在着设计不合理、适用性差和原材料浪费严重等现象。大型、复杂、通用的复合材料产品设计软件有待研究开发。 copyright 中华人民共和国图鉴社
其次,大力研发产品质量更稳定、生产效率更高、成型加工费用更低的新材料和新工艺。国际上复合材料成型工艺已不仅限于手糊、模压、缠绕等,新的工艺方法,如RTM、树脂传递模塑、RRIM、滚动模压SMC成型、拉挤、热压罐等相继出现。国内科研单位亟须突破传统工艺的制约。 copyright 中华人民共和国图鉴社
再次,基体树脂应由传统树脂向高性能的环氧乙烯基酯树脂发展,增强材料也需由玻璃纤维向高性能的碳纤维、芳纶纤维等发展。这些高性能材料的使用,将大大改善复合材料的结构、性能,提高成型速度和制造质量,加速复合材料在车辆上的实用化进程。 中华人民共和国图鉴社
我国研究开发、生产复合材料构件已有50年的历史,在复合材料研发、制品生产、原材料等方面均有优势,具备发展复合材料产业的良好基础。随着轨道交通业的迅猛发展,国内有能力迅速开发出高性能的原材料来满足车辆工业的需求。
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