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中国速度”靠安全
发布者:产业用及无纺布展 | 发布日期:2018/4/2 16:50:45

 

  近几年来,由我国自行设计研制、全面拥有自主知识产权的中国高铁频频亮相,不断刷新国际社会对中国高铁的认知。目前,我国铁路投入运营的动车组已有2395余组,居世界首位,安全运行里程超过37.4亿公里。通过对引进技术的消化吸收和根据实际情况大胆创新,中国高铁在短短十数年里呈现出系统技术全面、造价低、建设速度快等优势,用"中国速度"展示着"中国制造"的魅力与实力。
  
  碳纤维拉动中国速度
  
  业内人士大多知道,碳纤维这种性能优越的高新材料在高铁"中国速度"中起到了不容忽视的作用,其对高铁的意义主要表现在以下两个方面。
  
  一是实现高铁车身轻量化。碳纤维重量轻,密度仅1.78克/立方厘米,和塑料差不多,但它的强度比钢材要高7倍以上,大量使用碳纤维零部件,可以减少传统钢结构在高铁车身中所占的比重。高铁整体的超轻量化,有利于减少行驶时所受到的阻力,直接降低能耗,减少二氧化碳的排放,最终实现速度的提升。
  
  二是增加了高铁运行的安全性。高铁的运行速度越快,对车体各部位的耐久性要求也越高,例如,2010年底,"和谐号"CRH380A在京沪高速铁路先导段枣庄至蚌埠间线路上进行联调联试和综合试验时跑出了486.1公里的时速,但这种高时速对列车轴承的冲击非常大,在冲击最高速之后,列车上的所有轴承几乎都要重新更换。虽然现在国家对高铁实行降速,但是一般的高铁时速也都在200公里以上,这就需要有强耐受力的材料保障高铁的运行安全。碳纤维材料强度高达3600MPa,特别是用碳纤维制成的方向盘,机械强度和抗冲击性相比普通材料分别提高35%和20%以上。整车强度理论上也比普通材料的车身至少强上20%~30%,同时不惧酸碱盐等化学物质的腐蚀,使用寿命长。
  
  另外,高铁需要在较短时间内跨越温差较大的地域,从冰天雪地的哈尔滨到春意融融的广州,短时间内经历较大的温差需要保持零部件的零变形,这对普通材料来说是个巨大的挑战,但是这对于碳纤维来说,则是其强项。
  
  目前,碳纤维复合材料既可以应用于列车内饰、受电弓和设备舱等非承载、次承载部件,也可以应用于车体、转向架这类主承载部件。
  
  在高铁制造对碳纤维表现出明显需求态势时,不少碳纤维加工制造企业也及时瞄准了高铁这一市场,主动对接产业。当前,中国的高铁建设正处于繁荣时期,通过多年的努力和积淀,中国已全面掌握高速铁路的核心技术,行业总体水平已跻身于世界先进行列。交错密布的轨道上,高铁风驰电掣般的"中国速度"代表着"中国制造"已经走在自主知识产权引导发展的道路上。在此过程中,碳纤维新材料的运用不仅推动着高速列车行驶的轻量化,也将带动高铁制造业实现全新的变革,进一步提升"中国速度"。
  
  要速度更要安全感
  
  不过,在提升速度的同时安全性更不能被忽视。轨道交通,如高铁,在社会生活中发挥着越来越重要的作用,它们的安全性直接关系到人民群众的切身利益。那么,碳纤维复合材料在轨道交通车辆领域应用有哪些关键的安全性问题呢?
  
  首先,碳纤维若要应用在高铁车辆上,除了满足强度、刚度、减重方面的要求,安全性是一个绕不开的话题。
  
  安全性的核心在于防火,高铁车厢是一个密闭的空间,如果发生火灾,乘客无法躲避。如果阻燃性做的太差,发生安全事故绝对是大概率,毕竟谁也不愿意坐在易燃易爆品上旅行。
  
  防火的要求
  
  碳纤维复合材料应用于轨道交通领域,防火是关键点。所谓的防火,要涉及四个方面的内容,阻燃性、烟密度、熔滴性、烟毒性。
  
  阻燃性
  
  首先阻燃性,指材料具有明显推迟火焰蔓延的性质。也就是火焰烧到到复合材料部件上,无法继续向前蔓延。通常用产品燃烧破坏长度或者燃烧熄灭时间来判断阻燃性的好坏。
  
  例如德国铁路车辆防火标准D5510-2对阻燃性分为 S2~S5(S2/S3/S4/S5)四个等级,即
  
  DIN5510-2 S2级要求:产品燃烧破坏长度不超过30cm。
  
  DIN5510-2 S3级要求:产品燃烧破坏长度不超过25cm且后燃烧时间不超过100s。
  
  DIN5510-2 S4级要求:产品燃烧破坏长度不超过20cm且后燃烧时间不超过10s。
  
  DIN5510-2 S5级要求:产品燃烧破坏长度无且后燃烧时间无。
  
  烟密度
  
  其次是烟密度,也就是火焰蔓延到复合材料部件上,发出的烟的多少。一般来讲,发烟越少,对人体危害越小。测试烟密度,主要利用光线通过烟雾衰减多少来评判。光线衰减越大,烟密度越大,光线衰减越小,烟密度越小。
  
  熔滴性
  
  关于熔滴性,很容易理解。比如烧塑料制品,会发现塑料被烧成液滴,并伴随着火苗滴落下来。熔滴性差的复合材料制品,会造成火焰蔓延的不可控。所以,对熔滴性的评判,只有两个标准,产生熔滴和不产生熔滴现象。
  
  烟毒性
  
  地铁/高铁等车辆的火灾的伤亡中,浓烟引起的窒息死亡远远大于火灾本身造成的死亡,因此对地铁/高铁等材料的烟雾毒性的测试十分必要。D5510-2标准设置毒性指数FED指标来评判烟毒性,通常要求烟毒性指数FED≤1。
  
  未来600公里时速磁悬浮列车的研发,贴地飞行对车辆减重提出了更高的要求,所以碳纤维复合材料替换铝合金是大势所趋。针对轨道交通开发出适合其特点的树脂以及预浸料体系,显得尤为重要。