復(fù)合材料在鐵道車輛上的應(yīng)用
編輯：admin 發(fā)布時(shí)間：2017-04-08 13:57 瀏覽次數(shù)： 次
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(duì)復(fù)合材料的不斷深化的認(rèn)識(shí)和了解，以及鐵道車輛制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合材料在鐵道車輛中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)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(qiáng)度較高的反應(yīng)型阻燃不飽和聚酯樹脂玻璃鋼；
(4) 強(qiáng)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(jì)80年代，首次應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)140km/h速度級(jí)低速電動(dòng)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(dāng)時(shí)的主要應(yīng)用目標(biāo)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(jì)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(fēng)道、廢排風(fēng)道；
●座椅或座椅骨架。
此時(shí)的主要應(yīng)用目標(biāo)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(lái)，玻璃鋼在鐵道車輛上的應(yīng)用
從本世紀(jì)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(fēng)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(biāo)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(dòng)車組中的應(yīng)用
玻璃鋼在高速鐵路動(dòng)車組中的應(yīng)用，使其真正進(jìn)入到了成熟階段。因?yàn)椋?/span>
(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(jī)構(gòu)模塊、車頂空氣動(dòng)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(dòng)車組客室內(nèi)側(cè)墻板，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
●零部件的尺寸精度高；
●制造質(zhì)量和產(chǎn)品檔次，
●實(shí)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(shí)可調(diào)。
此時(shí)，玻璃鋼應(yīng)用包括了實(shí)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(biāo)。
5.玻璃鋼在鐵道車輛上應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題
玻璃鋼在鐵道車輛上應(yīng)用過(guò)程中曾出現(xiàn)過(guò)以下問(wèn)題：
(1)制造質(zhì)量差，形狀與尺寸精度低，無(wú)論是形位公差還是尺寸公差均非 常大，甚至強(qiáng)烈變形、翹曲，達(dá)不到使用要求；
(2)強(qiáng)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(dá)不到鐵道行業(yè)防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求；
(6)重量大，難以應(yīng)用于對(duì)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(qiáng)度高：相對(duì)密度在1.6~2.1g/cm3之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近碳鋼；
●耐腐蝕性能好：對(duì)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(shí)超高溫情況，是理想的熱防護(hù)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(jiǎn)單，可以一次成型，對(duì)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(guò)大的市場(chǎng)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(diǎn)解決的問(wèn)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(kuò)展空間；
●每一種材料都有其各自的特點(diǎn)和適應(yīng)性，挖掘和充分分會(huì)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(diǎn)非常最要的說(shuō)明是，在不斷提高性能的前提下還要降低成本，同時(shí)為材料行業(yè)和鐵道行業(yè)共同帶來(lái)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(qiáng)度和剛度高、無(wú)蠕變、耐疲勞性和耐腐蝕性好 等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅是承載能力最強(qiáng)的復(fù)合材料，也是當(dāng)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?gòu)?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(biāo)的比較如下表所示。
通過(guò)部分指標(biāo)的比較可知：碳纖維在某些性能指標(biāo)上具有一定的優(yōu)勢(shì)；若經(jīng)過(guò)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(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況
●至今為止，國(guó)內(nèi)僅在早期試制的動(dòng)力集中型動(dòng)車組樣車中應(yīng)用過(guò)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(guò)采用碳纖維材料制造承受較大載荷的高速動(dòng)車組的車頂導(dǎo)流罩，但為付諸行動(dòng)。
(2)國(guó)外的應(yīng)用情況
●根據(jù)非正式消息，國(guó)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(méi)有達(dá)到實(shí)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(biāo)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(méi)有批量應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù)，其應(yīng)用需要分步推進(jìn)；
●碳纖維近期主要應(yīng)用目標(biāo)應(yīng)該是用來(lái)制造一些次重要的承載荷部件或構(gòu)件，如高強(qiáng)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(yuǎn)期的主要應(yīng)用目標(biāo)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(wú)論是近期的還是遠(yuǎn)期的應(yīng)用目標(biāo)都將是作為輕量化材料結(jié)構(gòu)材料來(lái)使用。
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