先,碳纤维若要应用在轨道交通车辆上,除了满足强度、刚度、减重方面的要求,安全性是一个绕不开的话题。自从7.23甬温线特大事故之后,高铁其实已经经不起安全事故的发生,因为这不但会影响国人的信心,也影响高铁走出去的大局。
安全性的核心在于防火,高铁车厢是一个密闭的空间,如果发生火灾,乘客无法躲避。如果阻燃性做的太差,发生安全事故绝对是大概率,毕竟谁也不愿意坐在易燃易爆品上旅行。
防火的要求
碳纤维复合材料应用于轨道交通领域,防火是关键点。所谓的防火,要涉及四个方面的内容,阻燃性、烟密度、熔滴性、烟毒性。
阻燃性
先阻燃性,指材料具有明显推迟火焰蔓延的性质。也就是火焰烧到到复合材料部件上,无法继续向前蔓延。通常用产品燃烧破坏长度或者燃烧熄灭时间来判断阻燃性的好坏。例如德国铁路车辆防火标准D5510-2对阻燃性分为 S2-S5(S2/S3/S4/S5)四个等级,分别要求:
DIN5510-2 S2级要求:产品燃烧破坏长度不超过30cm。
DIN5510-2 S3级要求:产品燃烧破坏长度不超过25cm且后燃烧时间不超过100s。
DIN5510-2 S4级要求:产品燃烧破坏长度不超过20cm且后燃烧时间不超过10s。
DIN5510-2 S5级要求:产品燃烧破坏长度:无且后燃烧时间:无。
烟密度
其次是烟密度,也就是火焰蔓延到复合材料部件上,发出的烟的多少。一般来讲,发烟越少,对人体危害越小。测试烟密度,主要利用光线通过烟雾衰减多少来评判。光线衰减越大,烟密度越大,光线衰减越小,烟密度越小。D5510-2将烟密度分为3个等级,未达到SR1,SR1,SR2,分别要求:
熔滴性
关于熔滴性,很容易理解。比如烧塑料制品,会发现塑料被烧成液滴,并伴随着火苗滴落下来。熔滴性差的复合材料制品,会造成火焰蔓延的不可控。所以,对熔滴性的评判,只有两个标准,产生熔滴和不产生熔滴现象。D5510-2标准将熔滴性分为2个档次,具体要求如下:
烟毒性
地铁/高铁等车辆的火灾的伤亡中,浓烟引起的窒息死亡远远大于火灾本身造成的死亡,因此对地铁/高铁等材料的烟雾毒性的测试十分必要。D5510-2标准设置毒性指数FED指标来评判烟毒性,通常要求烟毒性指数FED≤1。
国内的样板
说起碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用,江苏恒神可以说是绝对绕不开的样板。
早在几年前,恒神就与中车青岛四方公司合作开发了高速列车裙板,设备舱以及500公里时速高铁的头罩。目前这些部件已经跟随试验列车在线路上进行试验,具有很好的推广价值。
做了这么多高铁项目。恒神顺其自然的开发出了多种符合阻燃标准的树脂和预浸料。2015年成功研发了EV101、EM116无卤阻燃预浸料树脂体系,其阻燃能力达到了德国标准DIN5510中的S4等级要求,且通过SGS阻燃测试。
另外根据全碳车体的制造要求,恒神研制出了满足导入成型工艺的阻燃树脂EL305,以及用于拉挤成型的阻燃环氧树脂体系EH802。
除此之外,针对航空部件的要求,开发出了满足适航认证25部要求的酚醛树脂预浸料。近年欧盟提出了更为严格的阻燃标准EN45545,该标准对火焰传播、热释放、烟密度以及烟毒性提出了更为严格的要求。根据国内各大主机厂提供的信息,未来复合材料在下一代轨道交通车辆上应用将必须满足EN45545阻燃测试。
恒神紧跟时代的步伐,一直致力于提高复合材料的阻燃性能,在研制满足EN45545标准的材料方面率先迈出了重要的一步。目前,已成功研制出了满足EN45545中HL2级别R1等级的阻燃预浸料EM119,可应用于OoA、模压、热压罐等成型工艺。
未来600公里时速的磁悬浮列车的研发,贴地飞行对车辆减重提出了更高的要求,所以碳纤维复合材料替换铝合金是大势所趋。针对轨道交通开发出适合其特点的树脂以及预浸料体系,显得尤为重要。未来谁能率先做出布局,谁就能在轨道交通领域占据一席之地。
恒神已经先行一步,谁会重视起来,快步跟上呢?
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