碳纤维找到用武之地,用“新”托举轨道交通的未来

材料文献解读 2023-11-10
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近年来,一批蓬勃发展的新兴产业正在成长为构筑现代化产业体系的新支柱。其中,作为先进制造业的“底盘技术”,新材料是支撑高端装备和重大工程不可或缺的物质基础。

据测算,今年1—9月,新材料产业总产值超过5万亿元,保持两位数增长。加速爆发的新材料究竟“新”在何处?和传统材料相比,又有怎样的过人之处?今天我们就一起走近“新材料之王”——碳纤维。

赛场上,它助力运动员刷新纪录;生活中,它让轻装上阵成为习惯;太空里,它向金属材料发起凌厉冲击。它就是碳纤维,一束筷子粗的T1000级碳纤维,足以拉动两架C919国产大飞机。世界上具备碳纤维研发和规模化生产能力的国家屈指可数,中国便是其中之一。

2021年,我国首次成为全球最大的碳纤维生产国,2022年,国产碳纤维用量首次超越进口量。今年5月,全球单体最大年产2.5万吨高性能碳纤维项目在西宁全面投产,随着国产化碳纤维大规模生产,曾经被进口限制推高的价格应声回落,受限于成本的需求大量释放。

碳纤维的用武之地——轨道交通

碳纤维复合材料有着耐高温、质量轻、强度高、耐腐蚀性能好等优点,在很多领域得到了应用。目前世界上仅有的知名客机制造公司波音和空客都在使用碳纤维复合材料。据消息称空客公司用于A380客机的碳纤维复合材料多达32吨,占据飞机的百分之十五。在风电领域,碳纤维复合材料适合用于风力发电叶片的制作。风力发电叶片可以充分发挥质量轻、抗疲劳性好的特点,大大提高了发电机的发电效率。

国内碳纤维复合材料研究比较晚,因此在很多领域没有国外成熟。碳纤维复合材料用于轨道交通在近几年开始变得火热,经过研发人员的不断研究,目前将碳纤维复合材料用于轨道交通也取得了一定的成果。

碳纤维复合材料是新一代高速轨道列车车体选材的重点,它不仅可使轨道列车车体轻量化,还可以改进高速运行性能、降低能耗、减轻环境污染、增强安全性,碳纤维复合材料在轨道交通领域应用已经逐渐成为一种趋势。

2018年9月20日,中国新一代碳纤维地铁车辆亮相德国柏林,在德国柏林轨道交通展上受到关注。 新一代碳纤维地铁车辆为中国地铁领域的最新技术成果,代表着未来地铁列车的技术潮流。

相较传统地铁,新一代地铁车辆最大的特点是更轻、更节能。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%。据测算,新一代地铁车辆可综合节能15%以上。

新一代碳纤维地铁车辆的最高运行时速可达140公里,采用无人驾驶技术,列车从发车启动到加减速、停站、开关门、回库等运行的全过程均为全自动驾驶。

碳纤维复合材料用于轨道交通轻量化不仅可以使得交通工具的综合性能更加强悍,而且很大程度上的降低轨道交通的重量。重量的减轻使得轨道交通工具的能耗降低,节约了能源,符合我国“节约资源,可持续化发展”的战略。

高温超导磁悬浮列车也用上了碳纤维

最近,中国推出了自主研发的高温超导磁悬浮列车。这款列车不同于传统的高速铁路,其时速可达惊人的620千米。外界看到这一创新,都为之震撼。

高温超导磁悬浮列车的车身采用了碳纤维材料,这使得它的重量比当前的高铁列车要轻得多。如此轻的车身,以至于一名成年人只需用一只手就能推动它。车身设计上也经过精心策划,采用了流线型的外观,形似子弹,进一步减少了空气阻力。

优秀企业

晋飞碳纤一直以来也将产品的研发和创新作为企业发展的“活水之源”,目前拥有超百位科研人员和67项碳纤维专利。

交错密布的轨道上,高铁的发展见证了中国速度,而中国自主知识产权的碳纤维也参与其中。晋飞碳纤开发的产品广泛应用于地铁车辆、市域城轨车辆、高速动车组及磁悬浮列车等,形成先进技术体系及轨道交通碳纤维复合材料的综合解决方案,满足轨道交通部件的功能性的同时,实现部件的阻燃、抗冲击、轻量化等特性,目前在国内占据轨道交通车头部件的大部分市场份额。

今年以来,晋飞碳纤开发的新一代全自动市域车碳纤维复合材料裙板及导流罩、高温超导磁浮碳纤维复合材料司机室,满足各项性能指标的同时,大幅降低了相应部件的重量。碳纤维的轻量化和高强度带来的是更高的运输效率和更低的综合成本,碳纤维材料的快和轻正是竞争力所在。

文章来源: 飞洒地方IO,人民网上海,北青网,复材云集,碳材料科技

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