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2019年3月15日    <上一期  下一期>

轨道交通新材料主打“轻”
“青岛造”新一代全碳纤维地铁受青睐
■论坛与会嘉宾在认真听取发言。

当前,全球正出现以信息网络、智能制造、新能源和新材料为代表的新一轮技术创新浪潮,轨道交通装备制造业作为中国制造业最具创新活力、达到世界先进水平的典型代表,也孕育着新一轮全方位的变革。

“中国现在是轨道交通开发最好的国家,有最好的研发、开发和产品,在轨道交通新材料等领域不断实现着突破。”山东鲁阳节能材料有限公司市场总监Garry Davies是一位英国人,他认为在世界范围内,中国的轨道交通产业更有实力和发展潜力。

作为轨道交通产业链中最基础的一个环节,材料为轨道交通产业提供了巨大的支撑。论坛上,专家学者围绕中国轨道交通新材料进行交流沟通,不难看出,围绕“轻量化”趋势研发新材料是行业的主要方向。

轨道交通的迅速发展,带来了很多便捷,但也带来了环境污染、能源消耗等问题。因此,轨道交通设备轻量化对于车辆减重、提速、降噪、降低能源消耗具有特别重要的现实意义。而新材料及相关技术是轨道交通设备轻量化的主要途径。先进复合材料、新型铝合金、高强度镁合金等,为轨道交通设备轻量化提供了重要的材料保障。相关的研究和应用正在不断推进中。

“高速、舒适、安全、节能、环保是轨道装备制造业实现创新发展模式的重要课题和主要方向。随着客运列车,特别是高速列车的需求形势越来越强劲,对轨道客车制造水平和能力也提出了更高的要求,而轻量化是最有效途径。”论坛首位发言的江苏恒神股份有限公司副总裁李国明如是说。

“复合材料构件重量轻、强度高、刚性大,对减轻车厢重量、降低噪声、振动、提高安全性、舒适性等均有重要作用。”天津航天瑞莱科技有限公司周天朋博士介绍,复合材料的相对质量只有普通碳钢的四分之一至五分之一,而机械强度却达到或超过普通碳钢。复合材料具有高疲劳强度和低缺口敏感度,极大提高了安全性能。除铝合金外,复合材料成为车体的首选材料。复合材料具有良好耐腐蚀、耐候性能,抗疲劳、抗冲击,选用复合材料可以延长车辆的使用寿命。

会上,嘉宾们不约而同地提到了碳纤维这一新材料。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”,质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁,并且具有耐腐蚀、高模量的特性。不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,是新一代增强纤维。

“中车四方股份公司生产的新一代全碳纤维地铁车身,与采用钢、铝合金等传统金属材料相比,新一代碳纤维地铁车辆的车体、司机室、设备舱分别减重30%以上,转向架构架减重40%,整车减重13%。长客新一代全碳纤维车体采用整体OoA成型工艺成型,整体相对于铝合金减重30%以上。”李国明介绍,江苏恒神股份有限公司致力于碳纤维及复合材料产业发展,公司拥有5条完整的碳纤维生产线,同时采用连续聚合、间歇聚和湿法纺丝、干喷湿纺工艺进行生产,碳纤维年生产能力5000吨。

“圣泉集团打破了国外垄断,开发出轻芯钢轨道交通新型复合材料,填补了国内空白。”济南圣泉集团国家级企业技术中心副主任、山东省热固树脂及复合材料工程中心主任李枝芳介绍的是轻芯钢复合材料。这个材料由一系列由热固性树脂和增强纤维组成,经特殊工艺加工而成的一种新型复合材料。主要特点是轻质高强、防火阻燃和低烟低毒,可以作为内部装饰材料,用在高铁、邮轮、汽车等交通工具上,能够有效地减少车体自重,提高车体材料的防火阻燃能力,本身的低烟毒特性,确保了车辆即使在受火之后,有很少的烟毒气体释放。为车辆、邮轮等交通工具的安全提速提供了更加安全可靠的保障,并减少了刹车材料、车轮、轻轨的维修次数。降低车辆使用过程中的维修费用。

“经过几年的发展,轻芯钢已经由早期简单的风道类产品,拓展到了轻芯钢复合地板和轻芯钢复合墙板。主要应用于高铁车辆、地铁车辆、城际列车、有轨电车的风道、顶板、地板等部位。”李枝芳介绍,风道类产品,特点主要轻质、防火和阻燃,直接采用粘结的方式即可完成固定和安装,安装非常方便。轻芯钢复合地板,使用采用酚醛预浸布作为面层,轻芯钢作为芯层的复合地板,该地板具有良好的表面耐磨性能和力学性能。轻芯钢复合墙板等材料是以酚醛预浸布为面层和轻芯钢为芯层一次复合而成的新材料,板材不但具有良好的防火性能,还有具有质轻和保温隔热的特点,同时还具有良好力学性能。

“从车辆轻量化需求方面考虑,复合材料在重量方面有一定的优势,且可塑性好、成型容易。但从车辆的防火性能、表面强度和寿命方面考虑,复合材料不如超轻合金材料。希望复合材料能进一步提升材料的这三方面性能。随着超轻合金材料的发展,也希望能有更多的超轻合金材料应用到车辆上。”中车大连机车车辆有限公司首席专家、高工臧兰兰如是期待。

在新材料之外,与会嘉宾还围绕绿色连接方向和终端应用方向,提出了精彩见解。

本版撰稿 张 晋 王作岩 本报制图 李晓萌


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