复合材料火车头面板
企业合作组织NPSP NedTrains的创新项目负责人Willem Bottger说:“过去,荷兰城际列车的前/后头面板(back and front nose)带有两扇钢质门,乘客可以由此穿行。但是当火车连接时,这些门经常失效,而且乘客其实并不喜欢从如此狭窄的过道通行。”
通过与NedTrain公司的工程部门共同合作,NPSP Composites公司开发了一种高品质、高可靠性,非常轻的双折叠结构(double bended)夹芯复合材料面板,能够满足所有的技术要求,并因轻量化而节省了大量能源。
据NPSP公司介绍,当时,NedTrain工程部门决定重新设计前面板,并采用一种新型的复合材料。通过和NPSP合作,NedTrain成功开发了新款复合材料前面板,其强度、刚度、抗冲击性和阻燃性能都得到了优化。投产前,在奥地利对所有性能进行了全面测试。
为了实现物理性能方面的要求,DSM Resins、Euroresins,以及Alcan Airex在当时为采用何种材料更适用于真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)提供了建议;Airborne Composites在工程的部分提供了帮助;而3M则用其专业的膜技术取代了对环境不利的喷涂技术。
这种新的列车头面板(nose plate)用玻璃纤维和泡沫夹芯制成,比原有钢制板更轻、更便宜。NPSP公司指出,设计和生产技术也降低了安装成本、能源消耗和二氧化碳的排放,并减少了维护工作。应注意对产品成型阶段的控制,以保证连接时较好的尺寸公差。NPSP补充说:“新的鼻板不仅强度好、刚度高,而且可以耐受各种气候条件。可以用几个模具一次生产多个板件。”
NPSP公司采用VARTM工艺生产鼻板。这种技术可以在生产过程中同步嵌入金属部件。成品板的尺寸是2 mx1.5 m,厚80mm。
软木夹芯
位于瑞士的Mäder Composites公司也宣称,能够证明为何复合材料应广泛应用于欧洲列车上的原因。他们是EcoTrain(环保火车)的成员之一,正在开展一个研发项目,即用软木作为芯材来生产火车内饰件、地板和侧壁板。
名为“竞争——竞争力因素运作计划”(COMPETE - Operational Programme for Competitiveness Factors)的项目由欧洲区域发展基金(ERDF)提供资金,旨在开发更加环保、轻质、舒适的新一代列车解决方案。其中地板、隔断墙和侧板都有可能采用软木。在火车制造业中采用这种可持续性材料将有望实现许多战略性目标,包括减少CO2的排放和石化燃料的使用量,并能满足新的欧洲铁路行业监管框架(CEN45545)。
据Mäder Composites公司介绍,用软木芯材生产的轻型复合材料不饱和聚酯树脂窗框与传统的玻纤增强树脂窗框相比,具有以下优点:
◆符合铁路标准NF F16-101(M1F2)和 EN 45545-2 HL2关于燃烧、烟雾和烟气毒性的要求;
◆重量减少30%;
◆增强了隔热和隔音效果;
◆对环境的影响降低了20%;
◆降低了材料成本。
铁路基础设施
现在,有很多开发用于铁路行业的复合材料部件不太被旅客所注意。然而,在铁路基础设施方面,复合材料的应用优势却非常让人瞩目,因为它们不会生锈,也不会产生其他类型的腐蚀。
Parsons Brinckerhoff(PB)是一家专业设计和改进各种基础设施的国际咨询公司,其中包括铁路系统。PB公司一直与英国Network Rail公司(编者按:该公司拥有并经营着英国大部分铁路基础设施)合作,用纤维增强塑料修复和开发可持续的铁路基础设施。
PB公司说,他们在英国设计了最初两座用这种低维护性轻质耐用材料制造的人行桥。2009年,该公司设计的一座人行桥被安装在威尔士的Leri河上。这座全纤维增强复合材料桥毗邻一座现有的铁路桥。PB公司认为,纤维增强塑料非常适合这个案例,因为桥梁结构位于滩涂之上,传统材料将面临被腐蚀的问题。
大桥的设计者Jon Shave说:“为了实现这种大型的复合材料结构,这个项目在连接技术上也进行了研究和改进。我们非常希望将这些材料应用到其他可选的结构之上,并尽可能探索其更多的好处。”
2007年,PB公司为Network Rail公司在康沃尔郡St. Austell镇的火车站设计了第一座复合材料人行天桥。它替代了原先已经锈蚀的锻铁及铸铁的桥梁结构。
PB公司对St. Austell和Leri河两座人行天桥的作为是其2004年为Network Rail公司所做研究工作的副产物。在这项研究中,PB公司突出了纤维增强塑料的一系列潜在应用,包括人行桥、楼梯、站台和人行道。这项研究也证明了采用纤维增强复合材料的一系列好处,如维护很少、易于安装、牢固耐用。