Kompozit vlakana postao je nezamjenjiv ključni materijal u području željezničkog tranzita

Posljednjih godina, s brzim razvojem industrije željezničkog transporta, sve je više istraživanja o novim materijalima za šinska vozila, a udio novog materijala je sve veći i veći. Među njima se najviše ističe istraživanje i primjena vlaknastih kompozitnih materijala. To je zato što se vlaknasti kompozitni materijali mogu zasnivati ​​na zahtjevima dizajna, odabirom različitih matrica i materijala za ojačanje, različitim proporcijama ugradnje i upotrebom različitih procesa oblikovanja, koji se mogu dobiti s različitim sveobuhvatnim svojstvima novih materijala, kao što su dobra toplinska izolacija, otpornost na koroziju, otpornost na habanje, visoki specifični modul, visoka specifična čvrstoća i druga svojstva, ova karakteristika ne može zadovoljiti tradicionalni pojedinačni materijal.

U dizajnu šinskih vozila, kompozitni materijali su se široko koristili u unutrašnjosti vozila, a u određenoj meri su korišćeni i unutrašnja oprema i drugi delovi teretne konstrukcije. Konstrukcijski dijelovi izrađeni od kompozitnih materijala imaju prednosti visoke čvrstoće, male težine i velike krutosti. Proizvodni proces obično usvaja tehnologiju skoro konačnog oblikovanja, koja ne zahtijeva daljnju obradu i može uvelike smanjiti troškove proizvodnje. Primjena kompozitnih materijala također može efikasno poboljšati udobnost i sigurnost šinskih vozila, smanjiti vibracije i buku, te smanjiti tjelesnu težinu. Kompozit vlakana postao je nezamjenjiv ključni materijal u području željezničkog tranzita.

Specifični modul i čvrstoća kompozita od karbonskih vlakana su najviši među uobičajeno korištenim materijalima i imaju očigledne prednosti u čvrstoći, krutosti i toksičnosti dima. Novi FRP materijal ima dobre performanse kao usporivač plamena i zvučnu izolaciju. Aramidni kompozitni materijali imaju otpornost na vatru, visoku čvrstoću, otpornost na visoke temperature, visok stepen izolacije, otpornost na vlagu i koroziju, stabilna fizička i hemijska svojstva. Sve vrste kompozitnih materijala imaju različite karakteristike i koriste se u različitim ključnim dijelovima šinskih vozila.

2.1 Dobra mehanička svojstva

Kompozitni materijal utjelovljuje sveobuhvatne performanse materijala matrice i materijala za ojačanje, s velikom čvrstoćom, laganom težinom, velikom krutošću, smanjenjem vibracija i buke, otpornošću na zamor, toplinskom izolacijom i drugim odličnim performansama, za lagani dizajn vozila, poboljšava sigurnost a udobnost vozila je od velikog značaja.

2.2 Ispuniti zahtjeve za laki razvoj šinskih vozila

Posljednjih godina, radna brzina tranzitnih željezničkih vozila je sve veća i veća, što zahtijeva od šinskih vozila da postignu lagani dizajn bez smanjenja sigurnosnih performansi. Kompozitni materijal je najefikasnija shema za šinska vozila.

2.3 Može smanjiti troškove

Sa poboljšanjem brzine rada željezničkog tranzita, ljudi posvećuju sve više pažnje troškovima održavanja i operativnim troškovima, istovremeno obraćajući pažnju na sigurnost i udobnost vozila. Iako su početna ulaganja u željezničku tranzitnu industriju velika, ukupni trošak vozila koja koriste kompozitne materijale znatno je veći od troškova običnih materijala, posebno jer istraživanje i razvoj novih materijala i novih procesa zahtijevaju ogromna ulaganja. Međutim, ciklus rada željezničkog tranzita je dug. Iz perspektive cijelog životnog ciklusa vozila, s jedne strane, laka vozila mogu efikasno smanjiti potrošnju energije vozila i smanjiti operativne troškove. S druge strane, otpornost na vibracije, otpornost na zamor, otpornost na koroziju, otpornost na oštećenja i apsorpcija energije sudara kompozitnih materijala su bolji od onih kod običnih metalnih materijala, tako da se ciklus održavanja vozila može produžiti, a troškovi održavanja mogu biti znatno smanjen. Stoga, na duge staze, kompozitni materijali mogu efikasno smanjiti troškove životnog ciklusa vozila.

2.4 Ima jaku sposobnost dizajniranja

Visok specifični modul i visoka specifična čvrstoća su najistaknutije karakteristike vlaknastih kompozitnih materijala, a mehanička svojstva mogu varirati u širokom rasponu. Stoga se izborom kompozitne matrice i armature i promjenom procesa oblikovanja materijala mogu zadovoljiti različiti zahtjevi dizajna. Na primjer, vlačna čvrstoća staklenih vlakana može doseći 3500 MPa, a modul elastičnosti je 70 GPa. Vlačna čvrstoća karbonskih vlakana visokog modula može doseći 3900 MPa, a modul elastičnosti je 600 GPa. Eksperimentima se saznalo da se najbolja slojevita struktura prema zahtjevima dizajna može pronaći u procesu oblikovanja konstruktivnih dijelova promjenom kompozitnih materijala sa vrlo različitim svojstvima matričnih materijala.

2.5 Dobra pouzdanost i sigurnost

Najvažniji faktori koji utiču na sigurnost konstrukcijskih dijelova su otpornost na zamor i osjetljivost materijala na zarez. Ranije su kompoziti bili naširoko korišćeni u oblastima visokog naprezanja kao što je vazduhoplovstvo, upravo zbog svoje odlične otpornosti na zamor i niske osetljivosti.

Iako uobičajeni metalni materijali imaju visoku statičku čvrstoću, njihova čvrstoća značajno opada pod teškim uvjetima vibracija. Na primjer, strukturni dijelovi od metalnog materijala imaju zazor u određenoj tački. Pod vibracijama i udarima (promjenjivo opterećenje), defekti će se brzo širiti sve dok se strukturni dijelovi ne oštete. Međutim, razlika između statičke i vibracijske čvrstoće kompozitnih materijala je gotovo nula. Čak i ako su strukturni dijelovi zarezani, naprezanje u materijalu će se prenijeti na susjedni sloj i neće biti uništeno zbog dugotrajnog promjenjivog opterećenja. To je jedan od razloga zašto kompozitni dijelovi imaju mnogo duži vijek trajanja od metalnih dijelova.

3.1 Kompoziti od karbonskih vlakana

Iako je istraživanje i primjena materijala od karbonskih vlakana započelo kasno u Kini, tehnologija se posljednjih godina brzo razvila, posebno u području saobraćaja vozila. Na primjer, CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. koristio je materijale od karbonskih vlakana u dizajnu kabine opreme za metak. Otpornost na udar, otpornost na koroziju i mehanička svojstva vozila su zagarantovana, a težina kabine opreme je oko 35 posto manja od mase aluminijumske legure.

3.2 Kompozitni materijali od staklenih vlakana

Sa odličnim smanjenjem buke i svojstvima usporenja plamena, performanse mehaničke čvrstoće i omjera krutosti su izvanredne. Stoga se često koristi u sjedištima šinskih vozila, poklopcu glave vozačke kabine i drugim dijelovima.

3.3 Kompoziti aramidnih vlakana

U poređenju sa tradicionalnim metalnim materijalima, aramidni kompoziti imaju odlična svojstva kao što su otpornost na vatru, visoka čvrstoća, visok stepen izolacije, otpornost na vlagu i koroziju, i stabilna fizička i hemijska svojstva. U potpunosti se koriste u motorima, transformatorima i drugim pozicijama i mogu igrati dobru ulogu u smanjenju težine izolacije.

Primena kompozitnih materijala u šinskim vozilima biće sve obimnija, posebno u karoseriji vozila ima dobre izglede za primenu.