2016年，中國高鐵在世界大放異彩。在新一輪的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中，高鐵項目也占據(jù)著十分重要的問題。高鐵的建設(shè)為我們大家的出行提供了更大的便利。今天小編將系統(tǒng)的為大家介紹一下高鐵上應(yīng)用到的復(fù)合材料。

    隨著復(fù)合材料制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，也伴隨著鐵道車輛制造業(yè)對復(fù)合材料的不斷深化的認識和了解，以及鐵道車輛制造業(yè)的技術(shù)進步，復(fù)合材料在鐵道車輛中的應(yīng)用范圍逐漸擴大，所應(yīng)用的復(fù)合材料的種類、檔次和技術(shù)水平也在不斷提高。

    已在現(xiàn)代鐵道車輛中應(yīng)用的復(fù)合材料從種類上分有：

    （1） 剛性和半剛性的不飽和聚酯樹脂玻璃鋼；

    （2） 酚醛樹脂玻璃鋼；

    （3） 強度較高的反應(yīng)型阻燃不飽和聚酯樹脂玻璃鋼；

    （4） 強度略低的添加型阻燃不飽和聚酯樹脂玻璃鋼；

    （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(jié)構(gòu)玻璃鋼制件；

    （4） 碳纖維制件。

    玻璃鋼在鐵道車輛上的應(yīng)用

    1. 玻璃鋼在鐵道車輛上早期的應(yīng)用

    玻璃鋼在鐵道車輛上的應(yīng)用始于上世紀80年代，首次應(yīng)用于國產(chǎn)140km/h速度級低速電動車組。應(yīng)用的范圍主要包括：

    ● 內(nèi)側(cè)墻板；

    ● 內(nèi)側(cè)頂板；

    ● 拼裝式玻璃鋼衛(wèi)生間；

    當時的主要應(yīng)用目標是節(jié)木代木。所應(yīng)用的玻璃鋼的種類為不飽和聚酯樹脂玻璃鋼。

    2. 玻璃鋼在鐵道車輛上的批量應(yīng)用

    玻璃鋼在鐵道車輛上的批量應(yīng)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和城軌車輛的：

    ●客室內(nèi)側(cè)墻板；

    ●內(nèi)側(cè)頂板；

    ●拼裝式玻璃鋼衛(wèi)生間；

    ●整體玻璃鋼衛(wèi)生間；

    ●整體玻璃鋼洗面間；

    ●玻璃鋼空調(diào)風道、廢排風道；

    ●座椅或座椅骨架。

    此時的主要應(yīng)用目標已由節(jié)木代木轉(zhuǎn)向了提高車輛的檔次；所應(yīng)用的玻璃鋼的種類仍以不飽和聚酯樹脂玻璃鋼為主。

    3. 近年來，玻璃鋼在鐵道車輛上的應(yīng)用

    從本世紀初開始，玻璃鋼在鐵道車輛上得到了更加廣泛的應(yīng)用，除應(yīng)用于制造前述的各種產(chǎn)之外，還被廣泛地應(yīng)用于制造：

    ●車頂導(dǎo)流罩；

    ●車頂新風道；

    ●車內(nèi)各種造型復(fù)雜的零部件，包括三維曲面形狀的內(nèi)側(cè)墻板和側(cè)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(yīng)用的主要目標是制造有特殊功能要求或有復(fù)雜造型要求的零部件。而且這一階段應(yīng)用的玻璃鋼的防火性能也有所提高，反應(yīng)型和添加型阻燃不飽和聚酯樹脂玻璃鋼得到了大量應(yīng)用，酚醛樹脂玻璃鋼的應(yīng)用逐漸減少。

    4.玻璃鋼在高速動車組中的應(yīng)用

    玻璃鋼在高速鐵路動車組中的應(yīng)用，使其真正進入到了成熟階段。因為：

    （1）玻璃鋼被應(yīng)用于制造具有特殊功能、造型與結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承受較大載荷的綜合性能優(yōu)良的零部件，如玻璃鋼整體流線型車頭、前端開閉機構(gòu)模塊、車頂空氣動力學(xué)導(dǎo)流罩等。

    （2）模壓玻璃鋼（SMC）得到了廣泛應(yīng)用

    采用模壓玻璃鋼批量制造高速動車組客室內(nèi)側(cè)墻板，具有以下優(yōu)點：

    ●零部件的尺寸精度高；

    ●制造質(zhì)量和產(chǎn)品檔次，

    ●實現(xiàn)了輕量化；

    ●適合工程化批量生產(chǎn)。

    （3）提高了其它部位應(yīng)用的玻璃鋼的水平

    ●可以根據(jù)需要制成具有各種不同質(zhì)感的零部件；

    ●外觀質(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可調(diào)。

    此時，玻璃鋼應(yīng)用包括了實現(xiàn)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.玻璃鋼在鐵道車輛上應(yīng)用過程中出現(xiàn)過的問題

    玻璃鋼在鐵道車輛上應(yīng)用過程中曾出現(xiàn)過以下問題：

    （1）制造質(zhì)量差，形狀與尺寸精度低，無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(wěn)定，經(jīng)常性地破損、開裂；

    （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(guī)定要求；

    （6）重量大，難以應(yīng)用于對重量有要求的結(jié)構(gòu)上。

    6. 玻璃鋼在現(xiàn)代鐵道車輛中應(yīng)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、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力；

    ●熱性能良好：導(dǎo)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(yīng)瞬時超高溫情況，是理想的熱防護材料。

    ●工藝性優(yōu)良：可根據(jù)需要靈活地選擇成型工藝，工藝簡單，可以一次成型，對形狀復(fù)雜、不易成型、數(shù)量少的產(chǎn)品，工藝性優(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(jié)構(gòu)材料還有一定的差距；

    ●環(huán)保性差：現(xiàn)階段應(yīng)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)全部或者過大的市場份額；

    ●玻璃鋼材料在現(xiàn)代鐵道車輛上最大的應(yīng)用空間還是制造內(nèi)裝結(jié)構(gòu)和車內(nèi)設(shè)備零部件，要重點解決的問題依然是質(zhì)量、輕量化、防火性和環(huán)保性；

    ●在特定的應(yīng)用工況下，作為次重要的承載部件是玻璃鋼在現(xiàn)代鐵道車輛上應(yīng)用的擴展空間；

    ●每一種材料都有其各自的特點和適應(yīng)性，挖掘和充分分會潛力，是每一種材料尋求應(yīng)用的方向，也是材料行業(yè)和鐵道車輛制造業(yè)健康發(fā)展的必由之路。

    ●一點非常最要的說明是，在不斷提高性能的前提下還要降低成本，同時為材料行業(yè)和鐵道行業(yè)共同帶來效益，才有繼續(xù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

    碳纖維在鐵道車輛上的應(yīng)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、無蠕變、耐疲勞性和耐腐蝕性好 等一系列優(yōu)點，不僅是承載能力最強的復(fù)合材料，也是當前唯一能夠代替金屬 材料而成為結(jié)構(gòu)材料使用的非金屬復(fù)合材料。它與鐵道車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(xiàn)代鐵道車輛中應(yīng)用情況

    （1）國內(nèi)的應(yīng)用情況

    ●至今為止，國內(nèi)僅在早期試制的動力集中型動車組樣車中應(yīng)用過碳纖維材料，制造的產(chǎn)品是流線型車頭中的前端車鉤頭蓋；

    ●曾經(jīng)探討過采用碳纖維材料制造承受較大載荷的高速動車組的車頂導(dǎo)流罩，但為付諸行動。

    （2）國外的應(yīng)用情況

    ●根據(jù)非正式消息，國外正在研究應(yīng)用碳纖維材料制造車體結(jié)構(gòu)的承載構(gòu)件，但還沒有達到實用階段，所以未有公開的成果性資料。

    3.碳纖維材料在現(xiàn)代鐵道車輛中應(yīng)用展望

    ●碳纖維作為一種結(jié)構(gòu)材料其應(yīng)用的范圍和主要目標應(yīng)該是代替部分金屬材料制造承受一定載荷的構(gòu)件；

    ●由于目前碳纖維在鐵道車輛中還沒有批量應(yīng)用的經(jīng)驗和成熟技術(shù)，其應(yīng)用需要分步推進；

    ●碳纖維近期主要應(yīng)用目標應(yīng)該是用來制造一些次重要的承載荷部件或構(gòu)件，如高強度的流線型車頭前端頭蓋、車頂導(dǎo)流罩、行李架骨架、座椅骨架等；

    ●碳纖維遠期的主要應(yīng)用目標可以是制造鐵道車輛車或轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中的部分承載構(gòu)件。

    ●無論是近期的還是遠期的應(yīng)用目標都將是作為輕量化材料結(jié)構(gòu)材料來使用。

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責任編輯：王元

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