El compost de fibra s'ha convertit en un material clau indispensable en el camp del trànsit ferroviari

En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de la indústria del transport ferroviari, cada vegada hi ha més investigacions sobre nous materials per a vehicles ferroviaris i la proporció del nou material és cada cop més gran. Entre ells, la recerca i aplicació de materials compostos de fibra són les més destacades. Això es deu al fet que els materials compostos de fibra es poden basar en els requisits de disseny, mitjançant la selecció de diferents materials de matriu i de reforç, diferents proporcions de desplegament i l'ús de diferents processos de conformació, que es poden obtenir amb diferents propietats integrals de nous materials, com ara un bon aïllament tèrmic, resistència a la corrosió, resistència al desgast, alt mòdul específic, alta resistència específica i altres propietats, aquesta característica no pot satisfer el material únic tradicional.

En el disseny de vehicles ferroviaris, els materials compostos s'han utilitzat àmpliament a l'interior dels vehicles, i fins a cert punt també s'han utilitzat equips interns i altres parts de l'estructura de càrrega. Les peces estructurals fetes de materials compostos tenen els avantatges d'alta resistència, lleugeresa i alta rigidesa. El procés de fabricació sol adoptar la tecnologia de conformació gairebé final, que no necessita un processament addicional i pot reduir considerablement els costos de fabricació. L'aplicació de materials compostos també pot millorar eficaçment la comoditat i la seguretat dels vehicles ferroviaris, reduir la vibració i el soroll i reduir el pes corporal. El compost de fibra s'ha convertit en un material clau indispensable en el camp del trànsit ferroviari.

El mòdul i la resistència específics dels compostos de fibra de carboni són els més alts entre els materials d'ús habitual, i tenen avantatges evidents en resistència, rigidesa i toxicitat del fum. El nou material FRP té un bon rendiment com a retardant de flama i aïllant acústic. I els materials compostos d'aramida tenen una resistència a la flama, alta resistència, resistència a alta temperatura, alt grau d'aïllament, resistència a la humitat i resistència a la corrosió, propietats físiques i químiques estables. Tot tipus de materials compostos tenen característiques diferents i s'utilitzen en diferents parts clau dels vehicles ferroviaris.

2.1 Bones propietats mecàniques

El material compost incorpora el rendiment integral del material de la matriu i el material de reforç, amb una gran resistència, pes lleuger, gran rigidesa, reducció de vibracions i soroll, resistència a la fatiga, aïllament tèrmic i un altre rendiment excel·lent, per al disseny lleuger del vehicle, millora la seguretat. i la comoditat del vehicle és de gran importància.

2.2 Complir amb els requisits de desenvolupament lleuger dels vehicles ferroviaris

En els darrers anys, la velocitat d'operació dels vehicles de trànsit ferroviari és cada cop més alta, cosa que requereix que els vehicles ferroviaris assoleixin un disseny lleuger sense reduir el rendiment de seguretat. El material compost és l'esquema més eficaç per als vehicles ferroviaris.

2.3 Pot reduir el cost

Amb la millora de la velocitat d'operació del trànsit ferroviari, la gent presta cada cop més atenció als costos de manteniment i als costos d'operació alhora que presta atenció a la seguretat i la comoditat del vehicle. Tot i que la inversió inicial en la indústria del trànsit ferroviari és gran, el cost global dels vehicles que utilitzen materials compostos és significativament superior al dels materials ordinaris, sobretot perquè la investigació i desenvolupament de nous materials i nous processos requereixen grans inversions. No obstant això, el cicle de funcionament del trànsit ferroviari és llarg. Des de la perspectiva de tot el cicle de vida dels vehicles, d'una banda, els vehicles lleugers poden reduir eficaçment el consum d'energia dels vehicles i reduir els costos operatius. D'altra banda, la resistència a la vibració, la resistència a la fatiga, la resistència a la corrosió, la tolerància al dany i l'absorció d'energia de col·lisió dels materials compostos són millors que la dels materials metàl·lics ordinaris, de manera que el cicle de manteniment del vehicle es pot ampliar i el cost de manteniment pot quedar molt reduït. Per tant, a la llarga, els materials compostos poden reduir eficaçment el cost del cicle de vida dels vehicles.

2.4 Té una gran capacitat de disseny

Un alt mòdul específic i una alta resistència específica són les característiques més destacades dels materials compostos de fibra, i les propietats mecàniques es poden variar en una àmplia gamma. Per tant, mitjançant la selecció de la matriu composta i el reforç i el canvi del procés de formació dels materials, es poden complir diversos requisits de disseny. Per exemple, la resistència a la tracció de la fibra de vidre pot arribar als 3500MPa i el mòdul elàstic és de 70GPa. La resistència a la tracció de la fibra de carboni d'alt mòdul pot arribar als 3900MPa i el mòdul elàstic és de 600GPa. Mitjançant experiments s'ha après que la millor estructura de capes es pot trobar segons els requisits de disseny en el procés de conformació de peces estructurals canviant els materials compostos amb propietats molt diferents dels materials de la matriu.

2.5 Bona fiabilitat i seguretat

Els factors més importants que afecten la seguretat de les peces estructurals són la resistència a la fatiga i la sensibilitat a les osques dels materials. Anteriorment, els compostos s'havien utilitzat àmpliament en camps d'alta tensió com l'aeroespacial, precisament per la seva excel·lent resistència a la fatiga i la seva sensibilitat baixa.

Tot i que els materials metàl·lics comuns tenen una alta resistència estàtica, la seva resistència disminueix significativament en condicions de vibració severa. Per exemple, les peces estructurals de material metàl·lic tenen un buit en un punt determinat. Sota vibració i impacte (càrrega variable), els defectes s'estenen ràpidament fins que les parts estructurals es danyin. Tanmateix, la diferència entre la força estàtica i la resistència a la vibració dels materials compostos és gairebé nul·la. Fins i tot si les peces estructurals estan entallades, la tensió del material es transferirà a la capa adjacent i no es destruirà a causa de la càrrega variable a llarg termini. Aquesta és una de les raons per les quals les peces compostes tenen una vida molt més llarga que les peces metàl·liques.

3.1 Composites de fibra de carboni

Tot i que la investigació i aplicació de materials de fibra de carboni va començar tard a la Xina, la tecnologia s'ha desenvolupat ràpidament en els últims anys, especialment en el camp del trànsit de vehicles. Per exemple, CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Co., Ltd. va utilitzar materials de fibra de carboni en el disseny d'una cabina d'equips d'un tren bala. La resistència a l'impacte, la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques del vehicle estan garantides, i el pes de la cabina de l'equip és aproximadament un 35 per cent inferior al del material d'aliatge d'alumini.

3.2 Materials compostos de fibra de vidre

Amb una excel·lent reducció de soroll i propietats retardants de flama, el rendiment de la relació de resistència mecànica i rigidesa és més destacat. Per tant, s'utilitza sovint als seients dels vehicles ferroviaris, la coberta del capçal de la cabina del conductor i altres peces.

3.3 Composites de fibra d'aramida

En comparació amb els materials metàl·lics tradicionals, els compostos d'aramida tenen excel·lents propietats, com ara retardant de flama, alta resistència, alt grau d'aïllament, resistència a la humitat i resistència a la corrosió i propietats físiques i químiques estables. S'utilitzen completament en motors, transformadors i altres posicions, i poden tenir un bon paper en la reducció del pes d'aïllament.

L'aplicació de materials compostos en vehicles ferroviaris serà cada cop més extensa, especialment a l'estructura de la carrosseria del vehicle té una bona perspectiva d'aplicació.