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又一藍海！碳纖維復合材料在軌道交通應用中大顯身手

發(fā)布時(shí)間：2019-07-09

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軌道交通車(chē)輛工業(yè)領(lǐng)域可能是繼風(fēng)電葉片之后，大量使用碳纖維復合材料的又一工業(yè)領(lǐng)域。隨著(zhù)原材料的不斷發(fā)展和工藝的改進(jìn)創(chuàng )新，碳纖維復合材料在軌道交通應用中正在逐步降低生產(chǎn)成本。

又一藍海！碳纖維復合材料在軌道交通應用中大顯身手

由于采用模塊化設計及整體成型技術(shù)，大大降低了結構的復雜性，并減少了生產(chǎn)和總裝所需要的工作量，降低了生產(chǎn)成本；由于復合材料的耐疲勞、耐腐蝕等特性，降低了維護、修理成本；由于減重，提高了運營(yíng)能力，減少了能耗，壽命周期成本(LCC)得到了降低。

重量輕、阻燃的復合材料車(chē)廂地板

歐洲鐵路運營(yíng)商Duetsche Bahn的ICE-3快速列車(chē)的翻新，是復合材料滿(mǎn)足客戶(hù)特殊需求能力的一個(gè)例子。空調系統、乘客娛樂(lè )系統和新座位的安裝給ICE-3軌道車(chē)增加了不必要的重量。此外，原有的膠合板地板不符合新的歐洲防火標準。該公司需要一種地板解決方案，可以幫助它減輕額外的重量，并符合防火標準——輕質(zhì)復合地板正好符合這些要求。

總部位于德國的復合材料面料生產(chǎn)商Saertex為地板提供了LEO®材料系統。Saertex Group全球營(yíng)銷(xiāo)主管丹尼爾•斯頓普(Daniel Stumpp)表示，LEO是一種分層的非卷曲面料，比梭織面料具有更高的機械性能和更輕的重量潛力。該四組分復合體系包括一種特殊的防火涂料、一種玻璃纖維增強材料、SAERfoam®(一種集成3d玻璃纖維橋梁的核心材料)和LEO乙烯基酯樹(shù)脂。

同樣位于德國的復合材料制造商SMT使用由英國公司Alan Harper制造的可重復使用的硅膠真空袋，在真空灌注工藝中制造地板。

LEO系統采用無(wú)填充樹(shù)脂的連續纖維層壓板，具有優(yōu)異的機械性能。此外，復合材料不會(huì )腐爛，這是一個(gè)很大的優(yōu)勢，特別是在冬天下雪和地板非常潮濕的地區。地板、地毯和頂部的橡膠材料都符合新的防火標準。

ICE-3列車(chē)的OEM沒(méi)有參與地面翻新過(guò)程，但其對新的復合地板印象深刻，因此訂購了復合材料車(chē)頂部分來(lái)替換軌道車(chē)輛上舊的金屬車(chē)頂結構。

再生碳纖維軌道車(chē)輛轉向架

再生碳纖維在軌道車(chē)輛方面的研究項目源于英國鐵路安全與標準委員會(huì )（RSSB）發(fā)起的一項車(chē)輛動(dòng)力學(xué)競賽，由于最終是ELG公司主導的輕型碳纖維軌道車(chē)輛轉向架框架項目勝出，因此RSSB向ELG公司資助125萬(wàn)英鎊，用于設計和制造軌道客運車(chē)輛再生碳纖維材料轉向架原型。ELG碳纖維公司引領(lǐng)的一個(gè)公司聯(lián)盟開(kāi)發(fā)一種用于客車(chē)的輕型復合材料軌道轉向架框架。軌道轉向架支撐車(chē)身，引導輪對并保持其穩定性。它們通過(guò)吸收軌道的振動(dòng)來(lái)幫助提高乘坐舒適性，并在列車(chē)彎曲時(shí)最小化離心力的影響。

ELG公司是再生碳纖維產(chǎn)品專(zhuān)家，該公司擁有從制造廢料和終端零部件中回收碳纖維的一整套高效開(kāi)發(fā)方法。其在再生碳纖維軌道車(chē)輛轉向架項目中的研究團隊包括英國Huddersfield大學(xué)鐵路研究中心、阿爾斯通公司以及伯明翰大學(xué)傳感器與符合材料研究中心在內的聯(lián)合機構。

該項目的一個(gè)目標是生產(chǎn)比同類(lèi)金屬轉向架輕50%的轉向架。ELG的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程師Camille Seurat說(shuō)：“如果轉向架更輕，它對軌道的損壞會(huì )減少，這將減少維護的時(shí)間和成本，因為軌道上的負載會(huì )降低。將為運營(yíng)商節省大量成本開(kāi)支。”其他目標是將橫向輪軌力減少40%，并提供終生狀態(tài)監測。英國非營(yíng)利性鐵路安全和標準委員會(huì )（RSSB）正在資助該項目，目標是生產(chǎn)商業(yè)上可行的產(chǎn)品。

Magma Structures負責轉向架的設計和制造，并進(jìn)行了大量的制造試驗，使用壓制成型，傳統的濕法成型，浸漬和高壓釜固化預浸料制造了許多測試板。由于轉向架將是限量生產(chǎn)，該公司選擇在高壓釜中固化的環(huán)氧預浸料作為最具成本效益的構建方法。

全尺寸轉向架原型機長(cháng)8.8英尺，寬6.7英尺，高2.8英尺。它將由再生碳纖維（由ELG提供的非織造墊）和原始碳纖維織物的組合制成。單向纖維將用于主要強度元件，并將使用機器人技術(shù)將其放置在模具中。選擇具有良好機械性能的環(huán)氧樹(shù)脂將是一種新配方的阻燃環(huán)氧樹(shù)脂，已通過(guò)EN45545-2認證，可用于鐵路。

與鋼制轉向架不同，鋼制轉向架由焊接到兩個(gè)側梁的橫梁梁制成，復合轉向架將被制造為獨特的頂部和底部部分，然后粘合在一起。為了更換現有的金屬轉向架，復合型必須在同一位置安裝懸架和制動(dòng)器連接支架和其他配件。

Seurat說(shuō)：“目前，我們選擇保留鋼配件，但在未來(lái)的項目中，用復合配件替換鋼配件可能會(huì )很有趣，這樣我們就可以進(jìn)一步減輕最終的重量。”

初步研究表明，復合轉向架應該能夠達到預期的重量減少50%。該項目團隊希望在2019年年中有一個(gè)全尺寸轉向架準備測試。如果原型車(chē)的性能符合預期，他們將生產(chǎn)更多轉向架，用于測試由鐵路運輸公司阿爾斯通(Alstom)生產(chǎn)的鐵路車(chē)輛。

我國新一代復合材料地鐵車(chē)輛和輕軌車(chē)

去年，在德國舉行的柏林國際軌道交通技術(shù)展上，中車(chē)四方股份公司發(fā)布了新一代碳纖維地鐵車(chē)輛“CETROVO”。該車(chē)采用大量新材料、新技術(shù)研制，在節能環(huán)保、舒適、智能等方面對傳統地鐵車(chē)輛作了全面升級。

中車(chē)四方股份公司副總工程師丁叁叁介紹，新一代地鐵車(chē)輛實(shí)現了碳纖維復合材料在車(chē)體、轉向架構架、司機室等車(chē)輛主承載結構上的全面應用，特別是成功突破了碳纖維大型復雜件結構設計、制造成型等關(guān)鍵技術(shù)，使車(chē)輛大幅“瘦身”。與采用鋼、鋁合金等傳統金屬材料相比，新一代碳纖維地鐵車(chē)輛的車(chē)體、司機室、設備艙分別減重30%以上，轉向架構架減重40%，整車(chē)減重13%。

“雖然制造成本高于傳統金屬材料，但碳纖維復合材料更加輕量化，節能優(yōu)勢明顯，可有效保證列車(chē)在30年服役期內不發(fā)生疲勞、腐蝕等問(wèn)題，減少了維護量，因此能夠降低全壽命周期成本。”丁叁叁說(shuō)。

據測算，新一代地鐵車(chē)輛可綜合節能15%以上；同時(shí)，能夠在高溫高濕、零下40℃高寒、2500米高海拔等復雜環(huán)境下運行。

幾乎與此同時(shí)，由中車(chē)長(cháng)春軌道客車(chē)股份有限公司研制的復合材料輕軌車(chē)——武漢東湖“光谷量子號”，在長(cháng)春軌道交通展上首次面向公眾展出。

該車(chē)車(chē)體采用了復合材料車(chē)體技術(shù)，不僅給整車(chē)帶來(lái)輕量化、安全性、舒適性、使用壽命等方面的提高，還完善了涵蓋設計、制造、試驗和驗證全過(guò)程的地鐵復合材料車(chē)體技術(shù)平臺，更驗證了復合材料在軌道交通工業(yè)化生產(chǎn)應用的方向和實(shí)施路徑。

該列車(chē)充分發(fā)揮了碳纖維復合材料的優(yōu)越特點(diǎn)，用更輕的材料完成與金屬材料同等的結構設計，使整車(chē)較同類(lèi)不銹鋼車(chē)體減重約30%，從而對提高車(chē)體的運載能力、降低能源消耗、降低全壽命周期成本、減少線(xiàn)路損害等具有重大意義。

車(chē)體使用的復合材料隔熱性能強，能夠與防寒材相媲美，保證車(chē)體內部始終保持舒適的溫度；復合材料車(chē)體的隔聲性能和減振性能同樣優(yōu)于金屬車(chē)體,大大降低列車(chē)運行過(guò)程中產(chǎn)生的內部噪聲和振動(dòng)，有效提高乘坐的舒適性。

據悉，中車(chē)長(cháng)客本次展出的碳纖維復合材料輕軌車(chē)，將最終交付給武漢，屆時(shí)將作為世界首輛用于運營(yíng)的全復合材料軌道列車(chē)。它的研制成功進(jìn)一步推動(dòng)了碳纖維復合材料在軌道交通的大批量工業(yè)化生產(chǎn)應用，拓展了碳纖維復合材料產(chǎn)業(yè)的應用市場(chǎng)。（文章來(lái)源：榮格塑料工業(yè)）

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　　我們與全球最大的玻璃纖維專(zhuān)業(yè)制造商——中國巨石股份有限公司、世界頂級不飽和樹(shù)脂生產(chǎn)商——AOC Aliancys樹(shù)脂集團、流體處理設備和系統全球領(lǐng)先生產(chǎn)商美國固瑞克（GRACO）、美國百年蜜蠟生產(chǎn)企業(yè)STONER公司等全球領(lǐng)先原材料廠(chǎng)商建立長(cháng)期戰略合作伙伴關(guān)系。我們?yōu)榭蛻?hù)提供更優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，也為客戶(hù)提升品牌價(jià)值，贏(yíng)得更多利益提供了一個(gè)堅強而有力的保障！

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