碳纤维复材是否符合轨道交通行业发展需求?

  江苏博实科技:碳纤维材料在航空航天、海装JG、桥梁建筑、工业生产等行业已有广泛的应用,但是在轨道交通领域,一直很少出现碳纤维复合材料的身影。究其原因,主要是受制于成本、研发水平及关键技术这三方面。当碳纤维材料和金属材料拥有同等的成本竞争力时,越来越多的设计人员将目光转向碳纤维复合材料,轻量化是碳纤维复合材料在轨道交通制造中的直接作用,但绝不是唯一的作用。
碳纤维轨道交通
  一、轻量化带来低能耗
 
  轨道列车的能量消耗主要是用来克服运行的阻力,包括列车滚动的阻力、动力加速阻力和空气阻力等。比如C20FICAS不锈钢地铁列车,一列车每公里能量消耗约为10KWh ,运行150000km ,大约消耗540000GJ能量,其中有25%的能量是用于克服车体重量,20%的能用于克服车内装载的货物重量,剩余的5% ( 270000GJ )于克服车体的承载结构重量。2007年韩国研制的TTX摆式列车,车体采用不锈钢增强骨架,侧墙体和项盖采用铝蜂窝夹芯,蒙皮采用碳纤维增强复合材料构成三明治结构,这样的车体外壳总质量可比铝合金结构降低30%以上。实验证明,在地铁列车中,如果能减重30%,每公里能量消耗可以减少8100GJ,低能耗会给列车带来非常大的市场竞争力。
碳纤维轨道交通
  二、碳纤维复合材料性能需要满足轨道交通的需求
 
  设计人员要考虑车体制造材料是否可以满足车体的使用寿命、静强度、刚度等技术要求。轨道车辆设计使用寿命至少在30年以上,车体材料也必须保证在30年的工作载荷中不得产生疲劳失效并具有定的拉伸载荷力以及极小的变形性。除此之外,轨道车辆的制造材料还必须满足隔声、隔热防火安全、振动等要求。面对这些要求,碳纤维复合材料均可满足。国产的某城际动车组使用的碳纤维复合材料车头罩,可以抵挡住1kg铝弹660km/h的高速撞击和350KN的静载荷,阻燃性能达到S4级(DIN5510-2)。
碳纤维轨道交通
  目前,碳纤维复合材料在轨道车辆中的应用还多以与金属材料混合的形式为主,单纯性的应用多集中在在非承载、小型、局部性构件上,整体的材料用量比例还很小。
 
       对此,拥有多年轨道车辆碳纤维轻量化结构件制造经验的江苏博实碳纤维认为: 碳纤维复合材料要想在轨道交通领域普及应用,除了降低成本,模块化成型问题也相当重要。如果模块过多,需要装配连接的零件数量也越多,这会影响到车体对抗振动的能力。可见,影响碳纤维复合材料应用于轨道交通的不仅是设计技术、成型技术,还有整体装配技术,说到底还是关键性的技术的完善问题。