複合材料是由兩種或兩種以上具有不同化學和物理性質的材料組成的材料。 複合材料由基體材料和增強材料組成,基體材料包括各種樹脂或金屬和非金屬材料。 增強材料包括各種纖維材料或其他材料。 增強材料在複合材料中提供材料的剛度和強度,而基體材料則用於支撐和固定纖維材料、在纖維之間傳遞載荷、保護纖維等。 常見的複合材料有玻璃纖維複合材料(GFRP)、碳纖維複合材料(CFRP)等。 複合材料近年來發展迅速,因其優異的效能被廣泛應用於航空航天、風力發電機葉片、運動休閒和汽車領域,特別是在軌道交通領域。 本文介紹了複合材料與傳統材料相比的優勢,分析了複合材料在軌道交通中的應用優勢,梳理了複合材料在軌道交通各個領域的應用現狀。
軌道交通中應用最廣泛的纖維複合材料是碳纖維複合材料、破碎玻璃纖維複合材料和芳綸複合材料,與傳統材料相比,它們在軌道車輛中具有許多應用優勢。
2.1、重量輕,強度高。
隨著軌道交通車輛執行速度的提高,對軌道車輛輕量化的要求也越來越高。 複合材料具有重量輕、強度高的特點,幾種常見複合材料和金屬材料的力學效能見表1,以碳纖維和鋁為例,碳纖維的密度為16g cm3,密度僅為鋁的57%,但強度是鋁的36次。 在保證結構強度的前提下,碳纖維複合材料製成的結構件可以大大減輕重量。
2.2.阻燃性好。
軌道交通車輛安全的核心之一是防火,因為車廂是密閉空間,如果發生火災而乘客不能及時逃生,材料的阻燃性能是乙個重要指標。 複合材料可以在分子結構中加入矽、硼等阻燃元素,還可以在基體中加入阻燃劑,以提高材料的阻燃性,提高列車的防火安全性。
2.3.疲勞性好。
一般來說,金屬材料的疲勞強度遠小於其靜態強度,而複合材料的疲勞強度和靜態強度的差異很小。 金屬材料在動載荷作用下產生的缺口容易膨脹,迅速形成裂紋:而複合材料由於其分層特性,不易在材料中擴散,不會出現長期變形,提高了結構的抗疲勞性。
2.4 高電阻。
與金屬材料相比,複合材料還具有高抗性等特點,可以減少振動,保護車輛執行安全,降低車輛噪音,提高車輛舒適性,減少裝置損壞。
2.5、腐蝕性好。
軌道交通車輛在執行時需要面對複雜的室外環境條件,金屬材料的腐蝕一直是技術難點。 該複合材料具有良好的耐腐蝕性,可以很好地應對腐蝕問題,延長軌道車輛的使用壽命,降低維護成本。
2.6.良好的可設計性。
複合材料具有高比模量和高比強度的特點,力學效能變化範圍廣,通過復合基體、纖維的選擇和材料成型工藝的改變,可以滿足不同的設計要求。