Vezelcomposiet is een onmisbaar sleutelmateriaal geworden op het gebied van spoorvervoer

In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van de spoorvervoersindustrie, wordt er steeds meer onderzoek gedaan naar nieuwe materialen voor spoorvoertuigen en wordt het aandeel van het nieuwe materiaal steeds groter. Onder hen zijn het onderzoek en de toepassing van vezelcomposietmaterialen het meest prominent. Dit komt omdat vezelcomposietmaterialen kunnen worden gebaseerd op de ontwerpvereisten, door de selectie van verschillende matrix- en versterkingsmaterialen, verschillende verhoudingen van de inzet en het gebruik van verschillende vormingsprocessen, die kunnen worden verkregen met verschillende uitgebreide eigenschappen van nieuwe materialen, zoals goede warmte-isolatie, corrosieweerstand, slijtvastheid, hoge specifieke modulus, hoge specifieke sterkte en andere eigenschappen, kan deze eigenschap niet voldoen aan het traditionele enkele materiaal.

Bij het ontwerp van spoorvoertuigen zijn composietmaterialen op grote schaal gebruikt in het interieur van voertuigen, en tot op zekere hoogte zijn ook interne uitrustingen en andere delen van de laadconstructie gebruikt. De structurele onderdelen gemaakt van composietmaterialen hebben de voordelen van hoge sterkte, lichtgewicht en hoge stijfheid. Het productieproces maakt meestal gebruik van de vormtechnologie die bijna definitief is, die geen verdere verwerking nodig heeft en de productiekosten aanzienlijk kan verlagen. De toepassing van composietmaterialen kan ook het comfort en de veiligheid van spoorvoertuigen effectief verbeteren, trillingen en geluid verminderen en het lichaamsgewicht verminderen. Vezelcomposiet is een onmisbaar sleutelmateriaal geworden op het gebied van spoorvervoer.

De specifieke modulus en sterkte van koolstofvezelcomposieten zijn de hoogste van de veelgebruikte materialen en ze hebben duidelijke voordelen op het gebied van sterkte, stijfheid en rooktoxiciteit. Het nieuwe FRP-materiaal heeft goede prestaties als vlamvertrager en geluidsisolatie. En aramide composietmaterialen hebben vlamvertragende, hoge sterkte, hoge temperatuurbestendigheid, hoge isolatiegraad, vochtbestendigheid en corrosieweerstand, stabiele fysische en chemische eigenschappen. Alle soorten composietmaterialen hebben verschillende kenmerken en worden gebruikt in verschillende belangrijke onderdelen van spoorvoertuigen.

2.1 Goede mechanische eigenschappen

Het composietmateriaal belichaamt de uitgebreide prestaties van het matrixmateriaal en het versterkingsmateriaal, met hoge sterkte, lichtgewicht, grote stijfheid, trillings- en geluidsreductie, vermoeidheidsweerstand, warmte-isolatie en andere uitstekende prestaties, voor het lichtgewicht ontwerp van het voertuig, verbetert de veiligheid en comfort van het voertuig is van groot belang.

2.2 Voldoe aan de lichtgewicht ontwikkelingsvereisten van spoorvoertuigen

In de afgelopen jaren is de werksnelheid van railvoertuigen steeds hoger geworden, waardoor de railvoertuigen een lichtgewicht ontwerp moeten bereiken zonder de veiligheidsprestaties te verminderen. Het composietmateriaal is het meest effectieve schema voor spoorvoertuigen.

2.3 Kan de kosten verlagen

Met de verbetering van de snelheid van de doorvoer van het spoor, besteden mensen steeds meer aandacht aan onderhoudskosten en bedrijfskosten, terwijl ze aandacht besteden aan voertuigveiligheid en comfort. Hoewel de initiële investering in de spoorwegindustrie groot is, zijn de totale kosten van voertuigen die composietmaterialen gebruiken aanzienlijk hoger dan die van gewone materialen, vooral omdat het onderzoek naar en de ontwikkeling van nieuwe materialen en nieuwe processen ongetwijfeld enorme investeringen vergen. De werkingscyclus van het vervoer per spoor is echter lang. Vanuit het perspectief van de hele levenscyclus van voertuigen kunnen lichtgewicht voertuigen enerzijds het energieverbruik van voertuigen effectief verminderen en de bedrijfskosten verlagen. Aan de andere kant zijn de trillingsweerstand, vermoeidheidsweerstand, corrosieweerstand, schadetolerantie en botsingsenergieabsorptie van composietmaterialen beter dan die van gewone metalen materialen, dus de onderhoudscyclus van het voertuig kan worden verlengd en de onderhoudskosten kunnen sterk verminderd worden. Daarom kunnen composietmaterialen op de lange termijn de levenscycluskosten van voertuigen effectief verlagen.

2.4 Heeft een sterke ontwerpbaarheid

Hoge specifieke modulus en hoge specifieke sterkte zijn de meest opvallende kenmerken van vezelcomposietmaterialen en de mechanische eigenschappen kunnen in een breed bereik worden gevarieerd. Daarom kan door de selectie van composietmatrix en versterking en het veranderen van het vormingsproces van materialen aan verschillende ontwerpvereisten worden voldaan. De treksterkte van glasvezel kan bijvoorbeeld 3500 MPa bereiken en de elasticiteitsmodulus is 70 GPa. De treksterkte van koolstofvezel met hoge modulus kan 3900 MPa bereiken en de elastische modulus is 600 GPa. Door experimenten is geleerd dat de beste gelaagde structuur kan worden gevonden volgens de ontwerpvereisten in het vormingsproces van structurele onderdelen door de composietmaterialen met zeer verschillende eigenschappen van matrixmaterialen te veranderen.

2.5 Goede betrouwbaarheid en veiligheid

De belangrijkste factoren die de veiligheid van structurele onderdelen beïnvloeden, zijn de weerstand tegen vermoeiing en de kerfgevoeligheid van materialen. Voorheen werden composieten op grote schaal gebruikt in gebieden met hoge spanning, zoals de ruimtevaart, juist vanwege hun uitstekende weerstand tegen vermoeiing en lage kerfgevoeligheid.

Hoewel gewone metalen materialen een hoge statische sterkte hebben, neemt hun sterkte aanzienlijk af onder zware trillingsomstandigheden. Structurele onderdelen van metaalmateriaal hebben bijvoorbeeld op een bepaald punt een opening. Onder trilling en impact (variabele belasting) zullen de defecten zich snel verspreiden totdat de constructiedelen beschadigd zijn. Het verschil tussen de statische sterkte en de trillingssterkte van composietmaterialen is echter bijna nul. Zelfs als de structurele delen gekerfd zijn, zal de spanning in het materiaal worden overgedragen op de aangrenzende laag en niet worden vernietigd als gevolg van langdurige variabele belasting. Dit is een van de redenen dat composiet onderdelen een veel langere levensduur hebben dan metalen onderdelen.

3.1 Koolstofvezelcomposieten

Hoewel het onderzoek naar en de toepassing van koolstofvezelmaterialen pas laat in China is begonnen, heeft de technologie zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld, met name op het gebied van autoverkeer. CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. gebruikte bijvoorbeeld koolstofvezelmaterialen bij het ontwerp van een uitrustingscabine van een ultrasnelle trein. De slagvastheid, corrosieweerstand en mechanische eigenschappen van het voertuig zijn gegarandeerd en het gewicht van de uitrustingscabine is ongeveer 35 procent lager dan dat van materiaal van aluminiumlegering.

3.2 Glasvezelcomposietmaterialen

Met uitstekende ruisonderdrukking en vlamvertragende eigenschappen, zijn de prestaties op het gebied van mechanische sterkte en stijfheid opmerkelijker. Daarom wordt het vaak gebruikt in de stoelen van railvoertuigen, de hoofdbedekking van de bestuurderscabine en andere onderdelen.

3.3 Aramidevezelcomposieten

In vergelijking met traditionele metalen materialen hebben aramidecomposieten uitstekende eigenschappen zoals vlamvertragend, hoge sterkte, hoge isolatiegraad, vochtbestendigheid en corrosieweerstand, en stabiele fysische en chemische eigenschappen. Ze worden volledig gebruikt in motoren, transformatoren en andere posities en kunnen een goede rol spelen bij het verminderen van het isolatiegewicht.

De toepassing van composietmaterialen in railvoertuigen zal steeds uitgebreider worden, vooral in de voertuigcarrosserieconstructie heeft een goed toepassingsperspectief.