復合材料在鐵道車(chē)輛上的應用
編輯：admin 發(fā)布時(shí)間：2017-04-08 13:57 瀏覽次數： 次
隨著(zhù)復合材料制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，也伴隨著(zhù)鐵道車(chē)輛制造業(yè)對復合材料的不斷深化的認識和了解，以及鐵道車(chē)輛制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，復合材料在鐵道車(chē)輛中的應用范圍逐漸擴大，所應用的復合材料的種類(lèi)、檔次和技術(shù)水平也在不斷提高�！�
已在現代鐵道車(chē)輛中應用的復合材料從種類(lèi)上分有：
(1) 剛性和半剛性的不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼；
(2) 酚醛樹(shù)脂玻璃鋼；
(3) 強度較高的反應型阻燃不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼；
(4) 強度略低的添加型阻燃不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼；
(5) 碳纖維材料。
從產(chǎn)品上分有：
(1) 手糊玻璃鋼制件；
(2) 模壓玻璃鋼制件；
(3) 夾層結構玻璃鋼制件；
(4) 碳纖維制件。
玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上的應用
1. 玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上早期的應用
玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上的應用始于上世紀80年代，首次應用于國產(chǎn)140km/h速度級低速電動(dòng)車(chē)組。應用的范圍主要包括：
● 內側墻板；
● 內側頂板；
● 拼裝式玻璃鋼衛生間；
當時(shí)的主要應用目標是節木代木。所應用的玻璃鋼的種類(lèi)為不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼。
2. 玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上的批量應用
玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上的批量應用，并逐漸成熟化發(fā)生于上世紀90年代，主要用于制造鐵路客車(chē)和城軌車(chē)輛的：
●客室內側墻板；
●內側頂板；
●拼裝式玻璃鋼衛生間；
●整體玻璃鋼衛生間；
●整體玻璃鋼洗面間；
●玻璃鋼空調風(fēng)道、廢排風(fēng)道；
●座椅或座椅骨架。
此時(shí)的主要應用目標已由節木代木轉向了提高車(chē)輛的檔次；所應用的玻璃鋼的種類(lèi)仍以不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼為主。
3. 近年來(lái)，玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上的應用
從本世紀初開(kāi)始，玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上得到了更加廣泛的應用，除應用于制造前述的各種產(chǎn)之外，還被廣泛地應用于制造：
●車(chē)頂導流罩；
●車(chē)頂新風(fēng)道；
●車(chē)內各種造型復雜的零部件，包括三維曲面形狀的內側墻板和側頂板；各種特殊形狀的罩板；玻璃鋼蜂窩間壁板；裝飾件。
這一階段玻璃鋼應用的主要目標是制造有特殊功能要求或有復雜造型要求的零部件。而且這一階段應用的玻璃鋼的防火性能也有所提高，反應型和添加型阻燃不飽和聚酯樹(shù)脂玻璃鋼得到了大量應用，酚醛樹(shù)脂玻璃鋼的應用逐漸減少。
4.玻璃鋼在高速動(dòng)車(chē)組中的應用
玻璃鋼在高速鐵路動(dòng)車(chē)組中的應用，使其真正進(jìn)入到了成熟階段。因為：
(1)玻璃鋼被應用于制造具有特殊功能、造型與結構復雜、承受較大載荷的綜合性能優(yōu)良的零部件，如玻璃鋼整體流線(xiàn)型車(chē)頭、前端開(kāi)閉機構模塊、車(chē)頂空氣動(dòng)力學(xué)導流罩等。
(2)模壓玻璃鋼（SMC）得到了廣泛應用
采用模壓玻璃鋼批量制造高速動(dòng)車(chē)組客室內側墻板，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
●零部件的尺寸精度高；
●制造質(zhì)量和產(chǎn)品檔次，
●實(shí)現了輕量化；
●適合工程化批量生產(chǎn)。
(3)提高了其它部位應用的玻璃鋼的水平
●可以根據需要制成具有各種不同質(zhì)感的零部件；
●外觀(guān)質(zhì)量更好，零部件形狀與尺寸精度更高；
●表面顏色與花紋同時(shí)可調。
此時(shí)，玻璃鋼應用包括了實(shí)現特殊功能與造型，并承受一定載、輕量化等更高層次的目標。
5.玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上應用過(guò)程中出現過(guò)的問(wèn)題
玻璃鋼在鐵道車(chē)輛上應用過(guò)程中曾出現過(guò)以下問(wèn)題：
(1)制造質(zhì)量差，形狀與尺寸精度低，無(wú)論是形位公差還是尺寸公差均非 常大，甚至強烈變形、翹曲，達不到使用要求；
(2)強度低、性能不穩定，經(jīng)常性地破損、開(kāi)裂；
(3)耐久性差，經(jīng)常性地產(chǎn)生翹曲、變形；
(4)耐老化性差，表面褪色、龜裂；
(5)防火性能差，達不到鐵道行業(yè)防火標準規定要求；
(6)重量大，難以應用于對重量有要求的結構上。
6. 玻璃鋼在現代鐵道車(chē)輛中應用展望
(1)玻璃鋼材料的特性
●密度小、比強度高：相對密度在1.6~2.1g/cm3之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近碳鋼；
●耐腐蝕性能好：對大氣、水、一般的酸、堿、鹽以及多種油類(lèi)和溶劑都有較好的抵抗能力；
●熱性能良好：導熱率低，室溫下為1.25~1.67KJ/mhK，只有金屬的1/100~1/1000，隔熱性好，適應瞬時(shí)超高溫情況，是理想的熱防護材料。
●工藝性?xún)?yōu)良：可根據需要靈活地選擇成型工藝，工藝簡(jiǎn)單，可以一次成型，對形狀復雜、不易成型、數量少的產(chǎn)品，工藝性?xún)?yōu)越。
●各向異性：不同方向上的力學(xué)性能有明顯差異，與其它工程結構材料還有一定的差距；
●環(huán)保性差：現階段應用的玻璃鋼材料還難以降解、回收，廢棄零部件形成不易處理的垃圾，污染環(huán)境。
(2) 與其它非金屬材料的比較
(3)展望
●任何一種材料都不可能完全取代其它材料，占領(lǐng)全部或者過(guò)大的市場(chǎng)份額；
●玻璃鋼材料在現代鐵道車(chē)輛上最大的應用空間還是制造內裝結構和車(chē)內設備零部件，要重點(diǎn)解決的問(wèn)題依然是質(zhì)量、輕量化、防火性和環(huán)保性；
●在特定的應用工況下，作為次重要的承載部件是玻璃鋼在現代鐵道車(chē)輛上應用的擴展空間；
●每一種材料都有其各自的特點(diǎn)和適應性，挖掘和充分分會(huì )潛力，是每一種材料尋求應用的方向，也是材料行業(yè)和鐵道車(chē)輛制造業(yè)健康發(fā)展的必由之路。
●一點(diǎn)非常最要的說(shuō)明是，在不斷提高性能的前提下還要降低成本，同時(shí)為材料行業(yè)和鐵道行業(yè)共同帶來(lái)效益，才有繼續應用的基礎。
碳纖維在鐵道車(chē)輛上的應用
1. 碳纖維材料的特性
由于碳纖維具有密度小、強度和剛度高、無(wú)蠕變、耐疲勞性和耐腐蝕性好 等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅是承載能力最強的復合材料，也是當前唯一能夠代替金屬 材料而成為結構材料使用的非金屬復合材料。它與鐵道車(chē)輛常用的部分金屬材料的部分力學(xué)性能指標的比較如下表所示。
通過(guò)部分指標的比較可知：碳纖維在某些性能指標上具有一定的優(yōu)勢；若經(jīng)過(guò)全面的比較也可知：碳纖維還有不足，尤其是各向異性，且耐沖擊性能差。
2. 碳纖維材料現代鐵道車(chē)輛中應用情況
(1)國內的應用情況
●至今為止，國內僅在早期試制的動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組樣車(chē)中應用過(guò)碳纖維材料，制造的產(chǎn)品是流線(xiàn)型車(chē)頭中的前端車(chē)鉤頭蓋；
●曾經(jīng)探討過(guò)采用碳纖維材料制造承受較大載荷的高速動(dòng)車(chē)組的車(chē)頂導流罩，但為付諸行動(dòng)。
(2)國外的應用情況
●根據非正式消息，國外正在研究應用碳纖維材料制造車(chē)體結構的承載構件，但還沒(méi)有達到實(shí)用階段，所以未有公開(kāi)的成果性資料。
3.碳纖維材料在現代鐵道車(chē)輛中應用展望
●碳纖維作為一種結構材料其應用的范圍和主要目標應該是代替部分金屬材料制造承受一定載荷的構件；
●由于目前碳纖維在鐵道車(chē)輛中還沒(méi)有批量應用的經(jīng)驗和成熟技術(shù)，其應用需要分步推進(jìn)；
●碳纖維近期主要應用目標應該是用來(lái)制造一些次重要的承載荷部件或構件，如高強度的流線(xiàn)型車(chē)頭前端頭蓋、車(chē)頂導流罩、行李架骨架、座椅骨架等；
●碳纖維遠期的主要應用目標可以是制造鐵道車(chē)輛車(chē)或轉向架構架中的部分承載構件。
●無(wú)論是近期的還是遠期的應用目標都將是作為輕量化材料結構材料來(lái)使用。
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