碳纖維復合材料用途廣泛 重載鐵路貨車迎來新發展
【化工儀器網 行業百態】碳纖維復合材料時一種高強度的輕質材料，具備優異的耐熱性、抗腐蝕性，并且易于加工，因此受到了廣泛關注，被用于航空航天、交通運輸、建筑工程、電子器械等多個領域，賦予了許多傳統產業新可能，碳纖維材料的發展及運用也是目前的研究熱點。
尤其是在交通運輸領域，碳纖維長期以來被認為是實現車輛輕量化的突破口，被重點關注。對于車輛來說，強度決定了其安全性與負重能力，重量則影響了能耗。因此在保證車輛性能的前提下，減輕車身重量就是在間接的降低車輛能耗，讓車輛更綠色跟低碳。這也是為什么近幾年，越來越多的高端車開始采用碳纖維零件來提升車輛性能的原因。
不過，傳統轎車并非是碳纖維真正大展拳腳的地方，軌道交通領域，尤其是重載鐵路貨車更需要碳纖維材料的加入。傳統重載鐵路貨車為保證載貨強度，主要采用鋼、鋁合金等金屬材料，而受制于材料特性，車輛面臨減重瓶頸。同時考慮到載貨這一根本需求，如果想要替代鋼、鋁合金等金屬材料，新的材料在抗疲勞、耐腐蝕等方面也要具備較為突出的性能。而碳纖維恰好滿足了這一點，因此是實現重載鐵路貨車輕量化的絕佳材料。
然而想要真的實現這一點卻存在諸多難題。
首先是加工過程對強度和剛性的影響。碳纖維具有高強度和高剛度同時也具有脆性，因此在加工過程中需要精確的工藝控制，不然會導致材料出現尺寸誤差，或者出現明顯的性能下降。同時，考慮到碳纖維材料不同于金屬材料，并沒有獨特的韌性，因此在針對重載鐵路貨車這種需要承受巨大的載荷的應用場景時，還需要合理的結構設計來發揮出其高強度和高剛度優勢，避開脆性這一短板。
再者就是環境適應性方面的影響。重載鐵路貨車在戶外運行，需要經受各種惡劣環境的考驗，如高溫、低溫、潮濕、腐蝕等。因此用于重載鐵路貨車的碳纖維材料需要具備良好的環境適應性，以保證其長期使用的可靠性和穩定性。這也會間接導致生產工藝變復雜，生產成本增加。
而就在最近，我國首批碳纖維復合材料輕量化重載鐵路貨車正式下線，標志了我國在該方面實現了重要突破。
據悉該批貨車由國家能源集團鐵路裝備公司等單位聯合研制，使用的碳纖維增強樹脂基復合材料的比強度、比模量分別為鋁合金材質的3—5倍和1.5—1.8倍，自重較同類鋁合金材料車體降低20%以上，最終成品相較于過去傳統重載鐵路貨車更輕更節能、強度更高、環境適應性更強。
而在碳纖維材料之余，該型重載鐵路貨車還集成了許多其它的技術，包括高強度重載車鉤、集成式空氣制動裝置、自卸式底門開閉裝置等新型部件，以及物聯網、大數據、云計算等現代信息技術。為未來鐵路運輸工作，帶去更多可能同時，也針對后續車輛改造起到示范作用。
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