让CETROVO从概念车到在国内落地并实现批量化供应绝非易事。原材料到工艺到市场,举步维艰。特别是国产碳纤维面临材料合格率、一致性不足,技术成熟度、工艺多样性不足,产业链不完善、价格优势微弱等诸多问题,制约着碳纤维轨交列车从概念走向商业的步伐。“中国轨道交通行业充满活力,这为新材料碳纤维的推广带来需求窗口。”丁叁叁感觉到,这是将先进技术变成现实的好机会。有资料显示,截至2018年5月,国内开通86条高铁,服务里程2.85万公里,在线高速动车组3100多组,运营里程及列车保有量均占世界2/3。服务于4纵4横干线网,正向8纵8横大网发展,覆盖除西藏外的全部省份。预计到2020年营运里程将超过3万公里,列车保有量将达3800组 。中国国土面积广袤,气侯地理环境多样化,高铁面临的工况从东南沿海的高温高湿的环境到东北高寒、西北沙漠的环境。提升速度与长期服役,都给高铁的设计提出巨大挑战。大的体量下,安全运行、投入成本、运营效能是中国轨道交通行业最大的任务。“以轻量化为核心的综合解决方案是解决安全与效能的
最好方案。”丁叁叁认为,轻量化的方案摆在业界的有两条路:高强度合金材料和复合材料。近十几年,合金材料的潜力被逼到了极限。从最早的二十来吨的客车车体重量硬生生被压缩到如今的七八吨。丁叁叁意识到,不断地被力学优化的合金材料真的已经到了极限。“或许我们可以找到一种综合型的优良材料可以突破金属材料的局限。”
CETROVO实质上是一个碳纤维在轨交列车应用的技术载体,承载着更高速度、更轻质量、更好室内环境、更高牵引效率、更先进制动系统等等的新概念。
阻燃法规加速复合材料在交通运输行业中的应用。受碳氢燃料成本迅速增长的推动,全球的公共交通行业再次呈现出增长趋势。为公共交通行业提供复合材料的制造商也经历着实质的增长,但这种增长可能昰相当困难的,因为全球许多国家都制定了大量的阻燃法规。新法规的实施将使得车辆生产商、制造商和树脂生产商能够更加容易地获得欧洲认可的纤维增强塑料产品。他们不必在每个国家都进行FRP的测试和认可,只霱得到新法规的认证就可以在整个欧洲国家得到认可。一些亚洲国家通常采用欧洲或美国的阻燃标准,但将来他们可能采自己的阻燃标准,例如中国的TB/T3138-2006。有时最终的决定权在负责建造铁路的设计公司(例如 Bombardier、 Alstom、 Kawasaki戈 Siemens那里,他们通常采用自己国家的标准。亚什兰的阻燃树脂 MODAR和 HETRON已在全世界用于车辆和机车的制造。为一些特殊匚艺(如手糊、喷涂、树脂传递成型、真空灌注和拉挤成型)而开发的阻燃树脂可以满足当地的所有阻鸑标准蓕。FRP系统将满足新的欧盟标准孺需求,将来此类材料的使用不会受到阻碍。实际上,随着欧洲及世界其他地区的阻燃标准的统一,预计将来可以更窖易地获得通过认证的FRP材料。既然只需要通过一种测试标准,而不是几种不同的标准,那么通过认证的新材料就会越来越容易获得。
热压罐是碳纤维复合材料制品生产的关键工艺设备。由真空系统、压力系统、冷却系统、中心控制系统及配套的机械装置组成。维复合材料制品的固化工序中,根据工艺技术要求,完成对制品的真空、加热、加压,达到使制品固化的目的,热压罐在工作过程中,可在备加温区和制品的有关部位设立测温点,温度分布状况可由中心控制系统采集、显示,并按工艺要求调节升温和降温速率,以保证制品的固化质量,对于重要产品,在固化时,罐体内采用惰性气体保护,以防止制品在固化过程中逸岀的可燃性挥发物引起燃烧或爆炸
热压罐成型是将碳纤维复合材料用真空袋密封在模具上,置于热压罐中,在真空(或非真空)状态下,经过升温、加压、保温、降温和卸压过程,使其成为所需要求的先进复合材料及其构件的成型方法之一,用热压罐成型的复台材料构件多应用于航空航天领域等的主承力和次承力结构。该成型工艺模具简单、制件密实、尺寸公差小、空隙率低。但是该方法能耗大、辅助材料多、成本高。
热压罐成型平板复台材料回化制度的制定是真空热压罐成型工艺的关键,热压工艺多用于树脂浸渍平面织物复台材料制件的成型,由于树脂浸渍平面织物可以采用溶剂法和热熔法来实现,因此这种工艺方法可以满足高粘度高性能树脂基复台材料的成型,但是对于立体织物增强高性能树脂基复合材料成型而言,热压工艺方法由于树浸渍的问题而不能实施
热压罐成型方法在工程应用上无论在成熟度还是在规模化方面还是当今复合材料结枃件的主要成型方法,这是由它的待决定的。
碳纤维复合材料在民用飞机上的应用被特别看好,目前新增产能均以满足航空需要的高性能碳纤维及复合材料为主,未来5~10年内碳纤维复合材料在民用飞机上的应用也将高速成倍增长。随着我国军用飞机、支线飞机ARJ21及大型商用客机C919项目的开展和我国航天事业的发展,碳纤维复合材料的用量将会不断增长。
国内航空运输市场的快速发展将对民用飞机产生巨大需求,预计到2023年,中国客货运输飞机拥有量将达到2769架。飞机制造业的发展将需要很多高性能的碳纤维增强飞机蒙皮铝合金材料。面对国内和国际两个市场,将发展形成巨大的产业
在民用领域,550座的世界最大飞机A380由于CFRP的大量使用,创造了飞行史上的奇迹。飞机25% 重量的部件由复合材料制造,其中22%为碳纤维增强塑料(CFRP)。这些部件包括:减速板、垂直和水平稳定器(用作油箱)、方向舵、升降舵、副翼、襟翼扰流板、起落架舱门、整流罩、垂尾翼盒、方向舵、升降舵、上层客舱地板梁、后密封隔框、后压力舱、后机身、水平尾翼和副翼均采用CFRP制造。我国第一架全碳纤维复合材料结构、氢燃料电池动力无人试验机“雷鸟”(LN60F)在沈阳某机场首飞成功。全球最畅销的碳纤维双座运动飞机,其采用轻型碳纤维复合材料的优点:一是空机重量载重比高,本机的空机重量为230公斤,最大起飞重量为450公斤,空机重量载重比达0.957;二是大量减少了工装、模具数量,便于在多品种、小批量生产时,降低生产成本。高模量碳纤维质轻、刚性、尺寸稳定性和导热性好,因此很早就应用于人造卫星结构体、太阳能电池板和天线中。现今的人造卫星上的展开式太阳能电池板多采用碳纤维复合材料制作,而太空站和天地往返运输系统上的一些关键部件也往往采用碳纤维复合材料作为主要材料。
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