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【轨道交通】热塑性碳纤维复合材料将成为轨道车辆理想部件原材料

   日期:2020-10-13     来源:新材料日报    浏览:285    
核心提示:碳纤维复合材料是一种高强度低重量的先进复合材料,其强度和耐蠕变性都比钢材好,其以零部件形式在高铁、地铁等轨道车辆中使用时
碳纤维复合材料是一种高强度低重量的先进复合材料,其强度和耐蠕变性都比钢材好,其以零部件形式在高铁、地铁等轨道车辆中使用时,不仅能对降低车体自重有所贡献,更能有效提升机车的承载能力和服务质量,尤其适用于高频率、高载荷、长距离车辆工作环境,对减少能耗和延长使用寿命方面有着特殊的意义。
随着碳纤维复合材料应用技术的不断成熟,其在轨道车辆中的应用形式也在不断增多。而热塑性碳纤维复合材料的出现,将为轨道车辆的提质升级提供更多的发展机遇。
  传统的轨道车辆内壁墙板是采用超薄型玻璃钢板制作而成的,但是这种墙板的刚度不够,一般会采用铝合金加强材料作为墙板的龙骨,在刚度达标的同时却也大大增加了墙板的重量,给轨道车辆的长期运转带来了负面影响。而同等厚度的碳纤维复合材料墙板不仅可以轻松满足强度方面的要求,更以简单的结构实现了更轻的质量。
  就目前情况看,碳纤维复合材料在高铁车辆中的应用比例远远大于在地铁车辆中的应用比例。由于制作工艺比较复杂,出于成本方面的考虑,现实中的高铁座椅只在局部零部件中会使用碳纤维复合材料,但是仅仅是这些零部件也能够显著提升座椅刚性和稳定性,增加座椅使用寿命。
  与此同时,碳纤维复合材料在司机驾驶室中的应用也在不断增多。从司机驾驶台面板到驾驶室整体内饰结构部分,碳纤维复合材料在逐步取代传统金属材料。这些部件过去大部分是由金属做成的,不仅自重大,且在使用的过程中容易产生腐蚀现象,影响使用寿命和美观度。采用碳纤维复合材料制作这些部件后,重量会大幅度地减少,力学表现更好。例如,某型号高铁车辆量身定制的一款司机驾驶室台面板,与之前的金属台面板相比重量减轻了45%,强度提升了25%,其耐腐蚀性更强,在长时间的使用后仍能保持良好的性能与外观。
  目前国内的碳纤维增强热塑性复合材料的制备技术基本停留在粉末或短切碳纤维增强阶段,连续碳纤维增强热塑性复合材料的制备仅限于一些低性能热塑性树脂基体,并不能很好地发挥出碳纤维与高性能热塑性树脂的双向优势。
  为了进一步打破国际技术壁垒,充分满足国内轨道车辆产业对高性能热塑性碳纤维复合材料产品的巨大需求,企业重点围绕连续碳纤维丝束与高性能热塑性树脂之间的浸润问题,对连续碳纤维增强热塑性复合材料预浸带的制备技术进行了生产设备方面的创新性探索,突破了连续碳纤维与高性能热塑性树脂熔融浸渍的设备局限,实现了连续碳纤维增强PPS、PA6、PES等复合材料单向预浸带/编织产品的批量化生产,成为轨道交通等领域用热塑性碳纤维复合材料零部件的高效化制造和新型应用的典型代表。
  这项有关碳纤维复合材料的自主创新性技术将有力推进我国轨道交通产业的转型升级,并将继续辐射航空航天、医疗、新能源、高端装备和精密电子等其它行业。
  
 
 
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