Волокнистый композит стал незаменимым ключевым материалом в области железнодорожного транспорта.

В последние годы, с быстрым развитием отрасли железнодорожных перевозок, все больше и больше исследований новых материалов для рельсовых транспортных средств, и доля нового материала становится все больше и больше. Среди них наиболее важными являются исследования и применение волокнистых композитных материалов. Это связано с тем, что волокнистые композитные материалы могут быть основаны на требованиях к конструкции путем выбора различных матричных и армирующих материалов, различных пропорций развертывания и использования различных процессов формования, которые могут быть получены с различными комплексными свойствами новых материалов. такие как хорошая теплоизоляция, коррозионная стойкость, износостойкость, высокий удельный модуль, высокая удельная прочность и другие свойства, эти характеристики не могут соответствовать традиционному отдельному материалу.

В конструкции рельсовых транспортных средств широко использовались композиционные материалы в салоне транспортных средств, а также в определенной степени использовалось внутреннее оборудование и другие части грузовой конструкции. Конструкционные детали из композиционных материалов обладают преимуществами высокой прочности, легкости и высокой жесткости. В производственном процессе обычно используется технология почти окончательного формования, которая не требует дальнейшей обработки и может значительно снизить производственные затраты. Применение композитных материалов также может эффективно повысить комфорт и безопасность рельсовых транспортных средств, снизить вибрацию и шум, а также уменьшить массу тела. Волокнистый композит стал незаменимым ключевым материалом в области железнодорожного транспорта.

Удельный модуль и прочность углеродных волоконных композитов являются самыми высокими среди широко используемых материалов, и они имеют очевидные преимущества в прочности, жесткости и токсичности дыма. Новый материал FRP обладает хорошими показателями огнестойкости и звукоизоляции. А арамидные композиционные материалы обладают огнестойкостью, высокой прочностью, жаростойкостью, высокой степенью теплоизоляции, влагостойкостью и коррозионной стойкостью, стабильными физико-химическими свойствами. Все виды композиционных материалов имеют разные характеристики и используются в различных ключевых частях рельсовых транспортных средств.

2.1 Хорошие механические свойства

Композитный материал воплощает в себе всесторонние характеристики матричного материала и армирующего материала с высокой прочностью, легким весом, большой жесткостью, снижением вибрации и шума, сопротивлением усталости, теплоизоляцией и другими превосходными характеристиками для облегченной конструкции автомобиля, повышения безопасности. И комфорт автомобиля имеет большое значение.

2.2 Удовлетворение требований к разработке облегченных рельсовых транспортных средств

В последние годы скорость работы железнодорожных транзитных транспортных средств становится все выше и выше, что требует от рельсовых транспортных средств облегченной конструкции без снижения показателей безопасности. Композитный материал является наиболее эффективной схемой для рельсового транспорта.

2.3 Может снизить стоимость

С повышением скорости работы железнодорожного транспорта люди все больше и больше обращают внимание на затраты на техническое обслуживание и эксплуатационные расходы, уделяя внимание безопасности и комфорту транспортных средств. Хотя первоначальные инвестиции в отрасль железнодорожного транспорта велики, общая стоимость транспортных средств, использующих композитные материалы, значительно выше, чем у обычных материалов, особенно с учетом того, что исследования и разработка новых материалов и новых процессов неизбежно потребуют огромных инвестиций. Однако цикл эксплуатации железнодорожного транспорта длительный. С точки зрения всего жизненного цикла транспортных средств, с одной стороны, легкие транспортные средства могут эффективно снизить энергопотребление транспортных средств и снизить эксплуатационные расходы. С другой стороны, вибростойкость, сопротивление усталости, коррозионная стойкость, устойчивость к повреждениям и поглощение энергии столкновения композитных материалов лучше, чем у обычных металлических материалов, поэтому цикл обслуживания транспортного средства может быть продлен, а стоимость обслуживания может быть увеличена. сильно сократиться. Следовательно, в долгосрочной перспективе композитные материалы могут эффективно снизить стоимость жизненного цикла транспортных средств.

2.4 Имеет широкие возможности дизайна

Высокий удельный модуль и высокая удельная прочность являются наиболее характерными характеристиками волокнистых композиционных материалов, а механические свойства могут варьироваться в широком диапазоне. Следовательно, путем выбора композитной матрицы и армирования и изменения процесса формования материалов можно удовлетворить различные требования к конструкции. Например, предел прочности на растяжение стекловолокна может достигать 3500 МПа, а модуль упругости — 70 ГПа. Прочность на растяжение высокомодульного углеродного волокна может достигать 3900 МПа, а модуль упругости — 600 ГПа. В ходе экспериментов было установлено, что наилучшую многослойную структуру можно найти в соответствии с проектными требованиями в процессе формования конструкционных деталей путем изменения композиционных материалов с очень разными свойствами матричных материалов.

2.5 Хорошая надежность и безопасность

Наиболее важными факторами, влияющими на безопасность конструкционных деталей, являются сопротивление усталости и чувствительность материалов к надрезам. Ранее композиты широко использовались в областях с высокими нагрузками, таких как аэрокосмическая промышленность, именно из-за их отличной усталостной прочности и чувствительности к низкому уровню.

Хотя обычные металлические материалы обладают высокой статической прочностью, их прочность значительно снижается в условиях сильной вибрации. Например, конструкционные детали из металлического материала имеют зазор в определенной точке. При вибрации и ударах (переменной нагрузке) дефекты быстро распространяются, вплоть до повреждения деталей конструкции. Однако разница между статической прочностью и вибростойкостью композиционных материалов практически равна нулю. Даже если детали конструкции имеют надрезы, напряжение в материале будет передаваться на соседний слой и не будет разрушаться из-за длительной переменной нагрузки. Это одна из причин того, что композитные детали имеют гораздо более длительный срок службы, чем металлические.

3.1 Композиты из углеродного волокна

Хотя исследования и применение материалов из углеродного волокна в Китае начались поздно, в последние годы технология быстро развивалась, особенно в области автомобильного движения. Например, компания CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. использовала материалы из углеродного волокна в конструкции кабины оборудования сверхскоростного пассажирского экспресса. Ударопрочность, коррозионная стойкость и механические свойства транспортного средства гарантированы, а вес кабины оборудования примерно на 35 процентов ниже, чем у материала из алюминиевого сплава.

3.2 Композитные материалы из стекловолокна

Благодаря отличному шумоподавлению и огнезащитным свойствам, механическая прочность и коэффициент жесткости являются более выдающимися. Поэтому его часто используют в сиденьях рельсовых транспортных средств, головном уборе кабины машиниста и других деталях.

3.3 Композиты из арамидного волокна

По сравнению с традиционными металлическими материалами арамидные композиты обладают превосходными свойствами, такими как огнестойкость, высокая прочность, высокий класс изоляции, влагостойкость и коррозионная стойкость, а также стабильные физические и химические свойства. Они полностью используются в двигателях, трансформаторах и других позициях и могут сыграть хорошую роль в снижении веса изоляции.

Применение композитных материалов в железнодорожных транспортных средствах будет все более и более обширным, особенно в конструкции кузова транспортного средства, имеет хорошие перспективы применения.