Композит влакана постао је незаобилазан кључни материјал у области железничког транзита

Последњих година, са брзим развојем индустрије железничког саобраћаја, све је више истраживања о новим материјалима за шинска возила, а удео новог материјала је све већи. Међу њима су најистакнутије истраживање и примена влакнастих композитних материјала. То је зато што се влакнасти композитни материјали могу заснивати на захтевима дизајна, кроз избор различитих матрица и материјала за ојачање, различите пропорције распоређивања и коришћење различитих процеса формирања, који се могу добити са различитим свеобухватним својствима нових материјала, као што су добра топлотна изолација, отпорност на корозију, отпорност на хабање, висок специфични модул, висока специфична чврстоћа и друга својства, ова карактеристика није у стању да задовољи традиционални појединачни материјал.

У пројектовању шинских возила композитни материјали су се широко користили у унутрашњости возила, а у извесној мери су коришћени и унутрашња опрема и други делови теретне конструкције. Конструкцијски делови направљени од композитних материјала имају предности високе чврстоће, мале тежине и велике крутости. Производни процес обично усваја технологију скоро коначног обликовања, којој није потребна даља обрада и може значајно смањити трошкове производње. Примена композитних материјала такође може ефикасно побољшати удобност и безбедност шинских возила, смањити вибрације и буку и смањити телесну тежину. Композит влакана постао је незаобилазан кључни материјал у области железничког транзита.

Специфични модул и чврстоћа композита од угљеничних влакана су највиши међу најчешће коришћеним материјалима и имају очигледне предности у чврстоћи, крутости и токсичности дима. Нови ФРП материјал има добре перформансе као успоривач пламена и звучну изолацију. А арамидни композитни материјали имају отпорност на ватру, високу чврстоћу, отпорност на високе температуре, висок степен изолације, отпорност на влагу и корозију, стабилна физичка и хемијска својства. Све врсте композитних материјала имају различите карактеристике и користе се у различитим кључним деловима шинских возила.

2.1 Добра механичка својства

Композитни материјал утјеловљује свеобухватне перформансе материјала матрикса и материјала за ојачање, са великом чврстоћом, лаганом тежином, великом крутошћу, смањењем вибрација и буке, отпорношћу на замор, топлотном изолацијом и другим одличним перформансама, за лагани дизајн возила, побољшава сигурност а удобност возила је од великог значаја.

2.2 Испуњавање лаких развојних захтева шинских возила

Последњих година, брзина рада транзитних шинских возила је све већа и већа, што захтева од шинских возила да постигну лагани дизајн без смањења безбедносних перформанси. Композитни материјал је најефикаснија шема за шинска возила.

2.3 Може смањити трошкове

Са побољшањем брзине рада железничких транзита, људи све више обраћају пажњу на трошкове одржавања и оперативне трошкове, истовремено обраћајући пажњу на безбедност и удобност возила. Иако су почетна улагања у железничку транзитну индустрију велика, укупни трошкови возила која користе композитне материјале су знатно већи од трошкова обичних материјала, посебно зато што истраживање и развој нових материјала и нових процеса захтевају огромна улагања. Међутим, циклус рада железничког транзита је дуг. Из перспективе целог животног циклуса возила, с једне стране, лака возила могу ефикасно смањити потрошњу енергије возила и смањити оперативне трошкове. С друге стране, отпорност на вибрације, отпорност на замор, отпорност на корозију, отпорност на оштећења и апсорпција енергије судара композитних материјала су бољи од оних обичних металних материјала, тако да се циклус одржавања возила може продужити, а трошкови одржавања могу бити у великој мери смањен. Стога, на дуге стазе, композитни материјали могу ефикасно смањити трошкове животног циклуса возила.

2.4 Има јаку могућност пројектовања

Висок специфични модул и висока специфична чврстоћа су најистакнутије карактеристике влакнастих композитних материјала, а механичка својства могу да варирају у широком опсегу. Стога, избором композитне матрице и арматуре и променом процеса формирања материјала, могу се испунити различити захтеви дизајна. На пример, затезна чврстоћа стаклених влакана може да достигне 3500МПа, а модул еластичности је 70ГПа. Затезна чврстоћа угљеничних влакана високог модула може да достигне 3900МПа, а модул еластичности је 600ГПа. Експериментом се сазнало да се најбоља слојевита структура према захтевима дизајна може пронаћи у процесу формирања конструктивних делова променом композитних материјала са веома различитим особинама матричних материјала.

2.5 Добра поузданост и сигурност

Најважнији фактори који утичу на безбедност конструктивних делова су отпорност на замор и осетљивост материјала на зарез. Раније су композити били широко коришћени у областима високог напрезања као што је ваздухопловство, управо због њихове одличне отпорности на замор и осетљивости ниске зарезе.

Иако уобичајени метални материјали имају високу статичку чврстоћу, њихова чврстоћа значајно опада под тешким условима вибрација. На пример, структурни делови металног материјала имају празнину у одређеној тачки. Под вибрацијама и ударом (променљиво оптерећење), дефекти ће се брзо ширити све док се делови конструкције не оштете. Међутим, разлика између статичке и вибрационе чврстоће композитних материјала је скоро нула. Чак и ако су делови конструкције зарезани, напон у материјалу ће се пренети на суседни слој и неће бити уништен услед дуготрајног променљивог оптерећења. Ово је један од разлога што композитни делови имају много дужи век од металних делова.

3.1 Композити од угљеничних влакана

Иако је истраживање и примена материјала од угљеничних влакана започело касно у Кини, технологија се брзо развила последњих година, посебно у области саобраћаја возила. На пример, ЦРРЦ Кингдао Сифанг Роллинг Стоцк Цо., Лтд. користио је материјале од угљеничних влакана у дизајну кабине опреме за метак. Отпорност на ударце, отпорност на корозију и механичка својства возила су загарантоване, а тежина кабине опреме је око 35 процената мања од тежине материјала од легуре алуминијума.

3.2 Композитни материјали од стаклених влакана

Са одличним смањењем буке и својствима успорења пламена, перформансе механичке чврстоће и односа крутости су изванредне. Због тога се често користи у седиштима шинских возила, поклопцу главе возачке кабине и другим деловима.

3.3 Композити арамидних влакана

У поређењу са традиционалним металним материјалима, арамидни композити имају одлична својства као што су отпорност на ватру, висока чврстоћа, висок степен изолације, отпорност на влагу и корозију и стабилна физичка и хемијска својства. У потпуности се користе у моторима, трансформаторима и другим позицијама и могу играти добру улогу у смањењу тежине изолације.

Примена композитних материјала у шинским возилима биће све обимнија, посебно у каросерији возила има добре изгледе за примену.