Влакнестият композит се превърна в незаменим ключов материал в областта на железопътния транзит

През последните години, с бързото развитие на индустрията за железопътен транспорт, има все повече и повече изследвания на нови материали за релсови превозни средства и делът на новите материали е все по-голям и по-голям. Сред тях най-важни са изследванията и приложението на влакнести композитни материали. Това е така, защото влакнестите композитни материали могат да се основават на изискванията за проектиране, чрез избор на различни матрици и усилващи материали, различни пропорции на разгръщане и използване на различни процеси на формоване, които могат да бъдат получени с различни всеобхватни свойства на нови материали, като добра топлоизолация, устойчивост на корозия, устойчивост на износване, висок специфичен модул, висока специфична якост и други свойства, тази характеристика не може да отговори на традиционния единичен материал.

При проектирането на релсови превозни средства композитните материали са широко използвани в интериора на превозните средства, както и вътрешно оборудване и други части на товарната конструкция също са използвани до известна степен. Конструктивните части, изработени от композитни материали, имат предимствата на висока якост, леко тегло и висока твърдост. Производственият процес обикновено приема почти окончателната технология на формоване, която не се нуждае от допълнителна обработка и може значително да намали производствените разходи. Прилагането на композитни материали може също така ефективно да подобри комфорта и безопасността на релсовите превозни средства, да намали вибрациите и шума и да намали телесното тегло. Влакнестият композит се превърна в незаменим ключов материал в областта на железопътния транзит.

Специфичният модул и якост на композитите от въглеродни влакна са най-високите сред често използваните материали и те имат очевидни предимства по отношение на якостта, твърдостта и токсичността на дима. Новият FRP материал има добри показатели като забавител на горенето и звукоизолация. И арамидните композитни материали имат забавяне на горенето, висока якост, устойчивост на висока температура, висока степен на изолация, устойчивост на влага и устойчивост на корозия, стабилни физични и химични свойства. Всички видове композитни материали имат различни характеристики и се използват в различни ключови части на релсови превозни средства.

2.1 Добри механични свойства

Композитният материал въплъщава цялостната производителност на матричния материал и усилващия материал, с висока якост, леко тегло, голяма твърдост, намаляване на вибрациите и шума, устойчивост на умора, топлоизолация и други отлични характеристики, за лекия дизайн на превозното средство, подобряване на безопасността и комфортът на автомобила е от голямо значение.

2.2 Отговаря на изискванията за олекотяване на железопътните превозни средства

През последните години скоростта на работа на железопътните транзитни превозни средства става все по-висока и по-висока, което изисква железопътните превозни средства да постигнат олекотен дизайн, без да се намалява ефективността на безопасността. Композитният материал е най-ефективната схема за релсови превозни средства.

2.3 Може да намали разходите

С подобряването на скоростта на железопътния транзит, хората обръщат все повече внимание на разходите за поддръжка и експлоатационните разходи, като същевременно обръщат внимание на безопасността и комфорта на превозното средство. Въпреки че първоначалната инвестиция в индустрията за железопътен транспорт е голяма, общата цена на превозните средства, използващи композитни материали, е значително по-висока от тази на обикновените материали, особено след като изследването и разработването на нови материали и нови процеси неизбежно изискват огромни инвестиции. Операционният цикъл на железопътния транзит обаче е дълъг. От гледна точка на целия жизнен цикъл на превозните средства, от една страна, леките превозни средства могат ефективно да намалят консумацията на енергия на превозните средства и да намалят оперативните разходи. От друга страна, устойчивостта на вибрации, устойчивостта на умора, устойчивостта на корозия, толерантността към повреди и абсорбцията на енергия от сблъсък на композитните материали са по-добри от тези на обикновените метални материали, така че цикълът на поддръжка на превозното средство може да бъде удължен и разходите за поддръжка могат да бъдат силно намалени. Следователно, в дългосрочен план, композитните материали могат ефективно да намалят разходите за жизнения цикъл на превозните средства.

2.4 Има силна дизайнерска способност

Високият специфичен модул и високата специфична якост са най-важните характеристики на влакнестите композитни материали и механичните свойства могат да варират в широк диапазон. Следователно, чрез избор на композитна матрица и армировка и промяна на процеса на формоване на материалите, могат да бъдат изпълнени различни изисквания за проектиране. Например якостта на опън на стъклените влакна може да достигне 3500MPa, а модулът на еластичност е 70GPa. Якостта на опън на въглеродните влакна с висок модул може да достигне 3900MPa, а модулът на еластичност е 600GPa. Чрез експерименти е установено, че най-добрата структура на наслояване може да бъде намерена според изискванията за проектиране в процеса на формоване на структурни части чрез промяна на композитните материали с много различни свойства на матричните материали.

2.5 Добра надеждност и сигурност

Най-важните фактори, влияещи върху безопасността на структурните части, са устойчивостта на умора и чувствителността на материалите. Преди това композитите са били широко използвани в области с високо напрежение, като космическата промишленост, точно поради тяхната отлична устойчивост на умора и ниска чувствителност.

Въпреки че обикновените метални материали имат висока статична якост, тяхната якост намалява значително при условия на силни вибрации. Например структурните части от метални материали имат празнина в определена точка. При вибрации и удари (променливо натоварване), дефектите бързо ще се разпространят, докато структурните части се повредят. Въпреки това, разликата между статичната якост и устойчивостта на вибрации на композитните материали е почти нулева. Дори ако структурните части са назъбени, напрежението в материала ще се прехвърли върху съседния слой и няма да бъде разрушено поради дългосрочно променливо натоварване. Това е една от причините композитните части да имат много по-дълъг живот от металните.

3.1 Композитни материали от въглеродни влакна

Въпреки че изследванията и приложението на материали от въглеродни влакна започнаха късно в Китай, технологията се разви бързо през последните години, особено в областта на трафика на превозни средства. Например CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. използва материали от въглеродни влакна при проектирането на кабина с оборудване на влак-стрела. Устойчивостта на удар, устойчивостта на корозия и механичните свойства на превозното средство са гарантирани, а теглото на кабината на оборудването е с около 35 процента по-ниско от това на материала от алуминиева сплав.

3.2 Композитни материали от стъклени влакна

С отлично намаляване на шума и свойства за забавяне на горенето, съотношението на механичната якост и коравина е по-забележително. Поради това често се използва в седалките на релсови превозни средства, капака на главата на кабината на водача и други части.

3.3 Композитни материали от арамидни влакна

В сравнение с традиционните метални материали, арамидните композити имат отлични свойства като забавяне на горенето, висока якост, висока степен на изолация, устойчивост на влага и корозия и стабилни физични и химични свойства. Те се използват изцяло в двигатели, трансформатори и други позиции и могат да играят добра роля за намаляване на теглото на изолацията.

Приложението на композитни материали в железопътните превозни средства ще бъде все по-широко, особено в конструкцията на каросерията на превозното средство има добра перспектива за приложение.