Ir-riċerka barranija fil-qasam tal-materjali komposti għat-transitu ferrovjarju ilha għaddejja għal kważi nofs seklu.Għalkemm l-iżvilupp mgħaġġel tat-tranżitu ferrovjarju u l-ferrovija ta 'veloċità għolja fiċ-Ċina u l-applikazzjoni ta' materjali komposti domestiċi f'dan il-qasam huma fl-aqwa tagħhom, il-fibra rinfurzata ta 'materjali komposti li tintuża ħafna fit-transitu ferrovjarju barrani hija aktar fibra tal-ħġieġ, li hija differenti minn dak tal-komposti tal-fibra tal-karbonju fiċ-Ċina.Kif imsemmi f'dan l-artikolu, il-fibra tal-karbonju hija inqas minn 10% tal-materjali komposti għall-ġisem żviluppati minn TPI Composites Company, u l-bqija hija fibra tal-ħġieġ, u għalhekk tista 'tibbilanċja l-ispiża filwaqt li tiżgura ħfief.L-użu massiv tal-fibra tal-karbonju inevitabbilment iwassal għal diffikultajiet ta 'spejjeż, u għalhekk jista' jintuża f'xi komponenti strutturali ewlenin bħal bogies.
Għal aktar minn 50 sena, Norplex-Micarta, produttur ta 'komposti termosetting, kellu negozju stabbli li jagħmel materjali għal applikazzjonijiet ta' transitu ferrovjarju, inklużi ferroviji, sistemi ta 'ibbrejkjar bil-ferrovija ħafifa, u insulazzjoni elettrika għal binarji elettriċi elevati.Iżda llum, is-suq tal-kumpanija qed jespandi lil hinn minn niċċa relattivament dejqa f'aktar applikazzjonijiet bħal ħitan, soqfa u art.
Dustin Davis, direttur tal-iżvilupp tan-negozju għal Norplex-Micarta, jemmen li swieq ferrovjarji u swieq oħra tat-trasport tal-massa se jipprovdu dejjem aktar opportunitajiet għall-kumpanija tiegħu, kif ukoll manifatturi u fornituri komposti oħra, fis-snin li ġejjin.Hemm diversi raġunijiet għal dan it-tkabbir mistenni, waħda minnhom hija l-adozzjoni Ewropea tal-istandard tan-Nar EN 45545-2, li jintroduċi rekwiżiti aktar stretti ta 'protezzjoni min-nar, duħħan u gass (FST) għat-trasport tal-massa.Bl-użu ta 'sistemi ta' reżina fenolika, il-manifatturi tal-komposti jistgħu jinkorporaw il-proprjetajiet meħtieġa ta 'protezzjoni min-nar u mid-duħħan fil-prodotti tagħhom.
Barra minn hekk, l-operaturi tal-karozzi tal-linja, subway u ferroviji qed jibdew jirrealizzaw il-vantaġġi ta 'materjali komposti fit-tnaqqis tal-vibrazzjoni storbjuża u l-kakofonija."Jekk qatt kont fuq is-subway u smajt pjanċa tal-metall tisfir," qal Davis.Jekk il-panel ikun magħmul minn materjal kompost, se jnaqqas il-ħoss u jagħmel il-ferrovija aktar kwieta."
Il-piż eħfef tal-kompost jagħmilha wkoll attraenti għall-operaturi tal-karozzi tal-linja interessati li jnaqqsu l-użu tal-fjuwil u jespandu l-firxa tiegħu.F'rapport ta 'Settembru 2018, id-ditta ta' riċerka tas-suq Lucintel bassret li s-suq globali għall-komposti użati fit-trasport tal-massa u vetturi off-road jikber b'rata annwali ta '4.6 fil-mija bejn l-2018 u l-2023, b'valur potenzjali ta' $1 biljun sal-2023. L-opportunitajiet se jiġu minn varjetà ta 'applikazzjonijiet, inklużi partijiet ta' barra, ġewwa, barnuża u powertrain, u komponenti elettriċi.
Norplex-Micarta issa tipproduċi partijiet ġodda li bħalissa qed jiġu ttestjati fuq linji light rail fl-Istati Uniti.Barra minn hekk, il-kumpanija tkompli tiffoka fuq sistemi ta 'elettrifikazzjoni b'materjali tal-fibra kontinwi u tgħaqqadhom ma' sistemi ta 'reżina li tqaddid aktar malajr."Tista 'tnaqqas l-ispejjeż, iżżid il-produzzjoni, u ġġib il-funzjonalità sħiħa ta' FST phenolic fis-suq," spjega Davis.Filwaqt li materjali komposti jistgħu jkunu aktar għaljin minn partijiet simili tal-metall, Davis jgħid li l-ispiża mhix il-fattur determinanti tal-applikazzjoni li qed jistudjaw.
Dawl u ritardant tal-fjammi
Ir-rinnovament tal-flotta tal-operatur ferrovjarju Ewropew Duetsche Bahn ta '66 karozza ICE-3 Express hija waħda mill-kapaċitajiet ta' materjali komposti biex jissodisfaw il-ħtiġijiet speċifiċi tal-klijenti.Is-sistema tal-arja kondizzjonata, is-sistema tad-divertiment tal-passiġġieri u sedili ġodda żiedu piż bla bżonn għall-karozzi tal-ferrovija ICE-3.Barra minn hekk, l-art oriġinali tal-plywood ma laħqitx l-istandards Ewropej tan-nar ġodda.Il-kumpanija kellha bżonn soluzzjoni tal-art biex tgħin tnaqqas il-piż u tilħaq l-istandards tal-protezzjoni min-nar.Art kompost ħafifa hija t-tweġiba.
Saertex, manifattur ta 'drappijiet komposti bbażat fil-Ġermanja, joffri sistema ta' materjal LEO® għall-art tiegħu.Daniel Stumpp, kap globali tal-marketing f'Saertex Group, qal li LEO huwa drapp b'saffi, mhux irbattut li joffri proprjetajiet mekkaniċi ogħla u potenzjal ħafif akbar minn drappijiet minsuġa.Is-sistema komposta ta 'erba' komponenti tinkludi kisjiet speċjali reżistenti għan-nar, materjali rinfurzati bil-fibra tal-ħġieġ, SAERfoam® (materjal tal-qalba b'Pontijiet 3D-fibreglass integrati), u reżini tal-ester tal-vinil LEO.
SMT (bbażat ukoll fil-Ġermanja), manifattur ta 'materjal kompost, ħoloq l-art permezz ta' proċess ta 'mili bil-vakwu bl-użu ta' boroż tal-vakwu tas-silikon li jistgħu jerġgħu jintużaw magħmula minn Alan Harper, kumpanija Brittanika."Aħna ffrankaw madwar 50 fil-mija tal-piż mill-plywood preċedenti," qal Stumpp."Is-sistema LEO hija bbażata fuq laminati tal-fibra kontinwi b'sistema ta 'reżina mhux mimlija bi proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti... . Barra minn hekk, il-kompost ma jitmermx, li huwa vantaġġ kbir, speċjalment f'żoni fejn ix-xitwa tagħmel borra u l- l-art hija mxarrba."L-art, it-tapit ta 'fuq u l-materjal tal-gomma kollha jissodisfaw l-istandards ġodda ta' ritardant tal-fjammi.
SMT pproduċiet aktar minn 32,000 pied kwadru ta 'pannelli, li ġew installati f'madwar terz tat-tmien ferroviji ICE-3 sal-lum.Matul il-proċess ta 'rranġar, id-daqs ta' kull pannell qed jiġi ottimizzat biex jitwaħħal karozza partikolari.L-OEM tas-sedan ICE-3 tant kien impressjonat bl-art kompost il-ġdida li ordna saqaf kompost biex jissostitwixxi parzjalment l-istruttura tas-saqaf tal-metall il-qadima fil-karozzi tal-ferrovija.
Mur aktar
Proterra, disinjatur u manifattur ta' karozzi tal-linja elettriċi b'emissjoni żero bbażat f'Kalifornja, ilu juża materjali komposti fil-korpi kollha tiegħu mill-2009. Fl-2017, il-kumpanija stabbilixxiet rekord billi saq 1,100 mil one-way fuq il-Katalistur tagħha ċċarġjat bil-batterija. ®Xarabank E2.Dik il-karozza tal-linja għandha korp ħafif magħmul mill-manifattur kompost TPI Composite.
* Riċentement, TPI ikkollabora ma 'Proterra biex tipproduċi xarabank elettrika komposta all-in-one integrata."F'xarabank jew trakk tipiku, hemm chassis, u l-korp joqgħod fuq dak ix-chassis," jispjega Todd Altman, direttur tal-marketing Strateġiku f'TPI.Bid-disinn tal-qoxra iebsa tax-xarabank, integrajna x-chassis u l-korp flimkien, simili għad-disinn tal-karozza all-in-one." Struttura waħda hija aktar effettiva minn żewġ strutturi separati biex tissodisfa r-rekwiżiti tal-prestazzjoni.
Il-karrozzerija b'qoxra waħda Proterra hija mibnija apposta, iddisinjata mill-bidu biex tkun vettura elettrika.Dik hija distinzjoni importanti, qal Altman, minħabba li l-esperjenza ta 'ħafna produtturi tal-karozzi u dawk li jfasslu l-karozzi tal-linja elettrika kienet li jippruvaw tentattivi limitati biex jadattaw id-disinji tradizzjonali tagħhom għal magni ta' kombustjoni interna għal vetturi elettriċi."Qed jieħdu pjattaformi eżistenti u jippruvaw jippakkjaw kemm jista 'jkun batteriji. Ma joffrix l-aħjar soluzzjoni minn kwalunkwe perspettiva.""qal Altman.
Ħafna karozzi tal-linja elettriċi, pereżempju, għandhom batteriji fuq wara jew fuq il-vettura.Iżda għal Proterra, TPI kapaċi jimmonta l-batterija taħt ix-xarabank."Jekk qed iżżid ħafna piż mal-istruttura tal-vettura, trid li dak il-piż ikun ħafif kemm jista 'jkun, kemm mil-lat tal-prestazzjoni kif ukoll mil-lat tas-sigurtà," qal Altman.Huwa nnota li ħafna manifatturi tal-karozzi tal-linja u tal-karozzi tal-elettriku issa qed imorru lura lejn il-bord tat-tpinġija biex jiżviluppaw disinji aktar effiċjenti u mmirati għall-vetturi tagħhom.
TPI daħlet fi ftehim ta 'ħames snin ma' Proterra biex tipproduċi sa 3,350 xarabank komposti fil-faċilitajiet ta 'TPI f'Iowa u Rhode Island.
Ħtieġa li tippersonalizza
Id-disinn tal-karrozzerija tal-karozzi tal-linja Catalyst jeħtieġ li TPI u Proterra jibbilanċjaw kontinwament is-saħħiet u d-dgħufijiet tal-materjali differenti kollha sabiex ikunu jistgħu jilħqu l-għanijiet tal-ispiża filwaqt li jiksbu prestazzjoni ottimali.Altman innota li l-esperjenza ta 'TPI fil-produzzjoni ta' xfafar tar-riħ kbar li huma twal madwar 200 pied u li jiżnu 25,000 libbra tagħmilha relattivament faċli għalihom li jipproduċu bodies tal-karozzi tal-linja ta '40 pied li jiżnu bejn 6,000 u 10,000 libbra.
TPI huwa kapaċi jikseb is-saħħa strutturali meħtieġa billi juża selettivament fibra tal-karbonju u jżommha biex issaħħaħ iż-żoni li jġorru l-akbar tagħbija."Aħna nużaw fibra tal-karbonju fejn bażikament tista 'tixtri karozza," qal Altman.B'mod ġenerali, il-fibra tal-karbonju tagħmel inqas minn 10 fil-mija tal-materjal ta 'rinfurzar kompost tal-ġisem, bil-bqija tkun fibra tal-ħġieġ.
TPI għażel reżina tal-ester tal-vinil għal raġuni simili."Meta nħarsu lejn l-epossiji, huma kbar, iżda meta tfejjaqhom, trid tgħolli t-temperatura, għalhekk trid issaħħan il-moffa. Hija spiża addizzjonali, "kompla.
Il-kumpanija tuża l-iffurmar tat-trasferiment tar-reżina assistita bil-vakwu (VARTM) biex tipproduċi strutturi sandwich komposti li jipprovdu l-ebusija meħtieġa għal qoxra waħda.Matul il-proċess tal-manifattura, xi fittings tal-metall (bħal fittings bil-kamin u pjanċi tat-tapping) huma inkorporati fil-ġisem.Ix-xarabank hija maqsuma f'partijiet ta 'fuq u t'isfel, li mbagħad jiġu inkollati flimkien.Il-ħaddiema għandhom aktar tard iżidu tiżjin komposti żgħar bħal fairings, iżda n-numru ta 'partijiet huwa frazzjoni tal-karozza tal-linja tal-metall.
Wara li tibgħat il-korp lest lill-impjant tal-produzzjoni tal-karozzi tal-linja Proterra, il-linja tal-produzzjoni tgħaddi aktar malajr minħabba li hemm inqas xogħol xi jsir."M'għandhomx għalfejn jagħmlu l-iwweldjar, it-tħin u l-manifattura kollha, u għandhom interface sempliċi ħafna biex jgħaqqdu l-korp mal-drivetrain," żied Altman.Proterra jiffranka l-ħin u jnaqqas l-overhead minħabba li huwa meħtieġ inqas spazju għall-manifattura għall-qoxra monokotika.
Altman jemmen li d-domanda għal xarabanks komposti se tkompli tikber hekk kif il-bliet iduru għall-karozzi tal-linja elettriċi biex inaqqsu t-tniġġis u jnaqqsu l-ispejjeż.Skont Proterra, il-vetturi elettriċi tal-batteriji għandhom l-inqas spiża operattiva taċ-ċiklu tal-ħajja (12-il sena) meta mqabbla mad-diżil, il-gass naturali kompressat jew il-karozzi tal-linja ibridi tad-diżil.Din tista 'tkun raġuni waħda għaliex Proterra tgħid li l-bejgħ ta' karozzi tal-linja elettriċi li jaħdmu bil-batterija issa jammontaw għal 10% tas-suq totali tat-trasport.
Għad hemm xi ostakli għall-applikazzjoni wiesgħa ta 'materjali komposti fil-bodi tal-karozzi tal-linja elettrika.Waħda hija l-ispeċjalizzazzjoni tal-bżonnijiet differenti tal-klijenti tax-xarabank."Kull awtorità tat-tranżitu tħobb tikseb karozzi tal-linja b'mod differenti - konfigurazzjoni tas-sedil, ftuħ tal-bokkaporti. Hija sfida kbira għall-manifatturi tal-karozzi tal-linja, u ħafna minn dawk l-oġġetti tal-konfigurazzjoni jistgħu jmorru lilna.""Altman qal. "Il-manifatturi tal-ġisem integrati jridu li jkollhom bini standard, imma jekk kull klijent irid grad għoli ta 'adattament, se jkun diffiċli li tagħmel dan. "TPI tkompli taħdem ma' Proterra biex ittejjeb id-disinn tal-karozzi tal-linja biex timmaniġġja aħjar. il-flessibbiltà meħtieġa mill-klijenti finali.
Esplora l-possibbiltà
Composites qed ikompli jittestja jekk il-materjali tiegħu humiex adattati għal applikazzjonijiet ġodda ta 'trasport tal-massa.Fir-Renju Unit, ELG Carbon Fibre, li tispeċjalizza fit-teknoloġija għar-riċiklaġġ u l-użu mill-ġdid tal-fibra tal-karbonju, tmexxi konsorzju ta’ kumpaniji li qed jiżviluppaw materjali komposti ħfief għal bogies fil-karozzi tal-passiġġieri.Il-bogie jappoġġja l-korp tal-karozza, jiggwida s-sett tar-roti u jżomm l-istabbiltà tiegħu.Jgħinu biex itejbu l-kumdità tar-rikba billi jassorbu l-vibrazzjonijiet tal-ferrovija u jimminimizzaw il-forza ċentrifugali hekk kif il-ferrovija ddur.
Għan wieħed tal-proġett huwa li jipproduċi bogies li huma 50 fil-mija eħfef minn bogies tal-metall komparabbli."Jekk il-bogie huwa eħfef, se jikkawża inqas ħsara lill-binarju, u minħabba li t-tagħbija fuq il-binarju se tkun aktar baxxa, il-ħin tal-manutenzjoni u l-ispejjeż tal-manutenzjoni jistgħu jitnaqqsu," tgħid Camille Seurat, inġinier tal-iżvilupp tal-prodott ELG.Għanijiet addizzjonali huma li jitnaqqsu l-forzi tar-roti minn naħa għall-ferrovija b'40% u jiġi pprovdut monitoraġġ tal-kundizzjoni tul il-ħajja.Il-Rail Safety and Standards Board (RSSB) tar-Renju Unit li ma jagħmlux qligħ qed jiffinanzja l-proġett bil-għan li jipproduċi prodott kummerċjalment vijabbli.
Twettqu provi estensivi tal-manifattura u saru numru ta 'pannelli tat-test bl-użu ta' prepregs minn die pressing, wet layup konvenzjonali, perfużjoni u awtoklavi.Minħabba li l-produzzjoni tal-bogies tkun limitata, il-kumpanija għażlet epoxy prepreg vulkanizzat f'awtoklavi bħala l-aktar metodu ta 'kostruzzjoni kost-effettiv.
Il-prototip tal-bogie ta 'daqs sħiħ huwa twil 8.8 piedi, wiesa' 6.7 piedi u għoli 2.8 piedi.Huwa magħmul minn taħlita ta 'fibra tal-karbonju riċiklat (pads mhux minsuġa pprovduti minn ELG) u drapp tal-fibra tal-karbonju mhux maħdum.Il-fibri one-way se jintużaw għall-element tas-saħħa prinċipali u se jitqiegħdu fil-moffa bl-użu ta 'teknoloġija robotika.Se jintgħażel epoxy bi proprjetajiet mekkaniċi tajbin, li se jkun epoxy ritardant tal-fjammi fformulat ġdid li ġie ċċertifikat EN45545-2 għall-użu fuq il-ferroviji.
B'differenza mill-bogies tal-azzar, li huma wweldjati minn travi ta 'l-istering għal żewġ travi tal-ġenb, bogies komposti se jinbnew b'uċuħ u qiegħ differenti li mbagħad jiġu magħquda flimkien.Biex tissostitwixxi l-bogies tal-metall eżistenti, il-verżjoni komposta se jkollha tgħaqqad is-sospensjoni u l-parentesi tal-konnessjoni tal-brejk u aċċessorji oħra fl-istess pożizzjoni."Għalissa, għażilna li nżommu l-fittings tal-azzar, iżda għal aktar proġetti, jista 'jkun interessanti li jissostitwixxu l-fittings tal-azzar b'fittings tat-tip kompost sabiex inkunu nistgħu nnaqqsu aktar il-piż finali," qal Seurat.
Membru tal-konsorzju tas-Sensers and Composites Group fl-Università ta 'Birmingham qed jissorvelja l-iżvilupp tas-sensor, li se jkun integrat fil-bogie kompost fl-istadju tal-manifattura."Il-biċċa l-kbira tas-sensuri se jiffokaw fuq il-monitoraġġ tat-tensjoni f'punti diskreti fuq il-bogie, filwaqt li oħrajn huma għas-sensing tat-temperatura," qal Seurat.Is-sensuri se jippermettu monitoraġġ f'ħin reali tal-istruttura komposta, li jippermettu li tinġabar id-dejta tat-tagħbija tul il-ħajja.Dan se jipprovdi informazzjoni siewja dwar l-ogħla tagħbija u l-għeja fit-tul.
Studji preliminari jindikaw li l-bogies komposti għandhom ikunu jistgħu jiksbu t-tnaqqis tal-piż mixtieq ta '50%.It-tim tal-proġett jittama li jkollu bogie kbir lest għall-ittestjar sa nofs l-2019.Jekk il-prototip jaħdem kif mistenni, se jipproduċu aktar bogies biex jittestjaw trammijiet magħmula minn Alstom, il-kumpanija tat-trasport ferrovjarju.
Skont Seurat, għalkemm għad hemm ħafna xogħol xi jsir, indikazzjonijiet bikrija jissuġġerixxu li huwa possibbli li jinbena bogie kompost kummerċjalment vijabbli li jista 'jikkompeti ma' bogies tal-metall fl-ispiża u s-saħħa."Imbagħad naħseb li hemm ħafna għażliet u applikazzjonijiet potenzjali għal komposti fl-industrija ferrovjarja," żiedet tgħid.(Artiklu stampat mill-ġdid minn Carbon Fiber and Its Composite Technology minn Dr Qian Xin).
Ħin tal-post: Mar-07-2023