輕量化是最大化減少列車運(yùn)行能耗的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過(guò)不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維手機(jī)殼外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。由金屬制造的軌道列車,雖車體強(qiáng)度高,但質(zhì)量大、能耗高。以C20FICAS不銹鋼(不銹耐酸鋼)地鐵列車為例,其運(yùn)行15萬(wàn)km約消耗540000 GJ能量,按其中的5%用于克服車體的承載結(jié)構(gòu)質(zhì)量計(jì)算,如列車質(zhì)量能最大化減少30%,則可節(jié)能27000GJ×30%=8100 GJ。
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碳纖維復(fù)合材料(Material)是新一代高速軌道列車車體選材的重點(diǎn)(zhòng diǎn),它不僅可使軌道列車車體輕量化,還可改進(jìn)高速運(yùn)行性能、降低能耗、減輕環(huán)境污染、增強(qiáng)安全性。碳纖維復(fù)合材料此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家(美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)),對(duì)于向中國(guó)輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國(guó)碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國(guó)家的嚴(yán)格控制。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前,CFRP在軌道車輛領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì):從車箱內(nèi)飾、車內(nèi)設(shè)備(shèbèi)等非承載結(jié)構(gòu)零件向車體、構(gòu)架等承載構(gòu)件擴(kuò)展;從裙板、導(dǎo)流罩等零部件向頂蓋、司機(jī)室、整車車體等大型結(jié)構(gòu)發(fā)展;以金屬與復(fù)合材料(Material)混雜結(jié)構(gòu)為主,大幅提高碳纖維復(fù)合材料用量。
123456 一節(jié)地鐵列車中間車輛各部分質(zhì)量比,其中車體車身約占36%、車載設(shè)備(shèbèi)約占29%、內(nèi)部裝修飾品約占16% 。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過(guò)不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。由于車載設(shè)備(shèbèi)幾乎沒(méi)有減重空間,因此,車體車身和內(nèi)部裝修飾品就成為了輕量化的重點(diǎn)(zhòng diǎn)對(duì)象。2000年,法國(guó)國(guó)營(yíng)鐵路采用碳纖維復(fù)合材料(Material)研制出雙層TGV型掛車。韓國(guó)鐵道科學(xué)研究院以此為基礎(chǔ),研制出運(yùn)行速度為180 km/h的TTX型擺式列車車體,其采用不銹鋼(不銹耐酸鋼)增強(qiáng)骨架,側(cè)墻體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯,蒙皮采用CFRP構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu),這樣車體外殼總質(zhì)量比鋁合金結(jié)構(gòu)降低了40%,且車體強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、防火安全性、動(dòng)態(tài)特性等性能良好,已于2010年投人商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
2011年,韓國(guó)鐵道科學(xué)研究院研制出CFRP地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架,其質(zhì)量為635 kg,比鋼質(zhì)構(gòu)架的質(zhì)量最大化減少約30%。由日本鐵道綜合技術(shù)研究所與東日本客運(yùn)鐵道聯(lián)合研制的CFRP高速列車車頂,每節(jié)車箱質(zhì)量最大化減少300一500 kg,, 2014年9月,日本川崎重工研制的CFRP構(gòu)架邊梁,其質(zhì)量比金屬梁最大化減少約40%。
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由此可見(jiàn)列車輕量化的優(yōu)勢(shì),以碳纖維為主的高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Material)改性研發(fā)及軌道交通、汽車工業(yè)、航空軍工、機(jī)器人、醫(yī)療器械等先進(jìn)裝備零部件開(kāi)發(fā)制造的民營(yíng)科技公司。擁有一支技術(shù)過(guò)硬、創(chuàng)新高效、經(jīng)驗(yàn)豐富的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Material)技術(shù)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),并于年初受邀入駐市國(guó)家級(jí)科技公司孵化器,受政府重點(diǎn)(zhòng diǎn)扶植。碳纖維軌道交通零件