幾天,有兩件新聞刷遍復(fù)材人的朋友圈,一個是600公里時速磁懸浮列車通過技術(shù)方案評審,另一個是青島發(fā)往杭州的高鐵G281發(fā)生火災(zāi),引發(fā)了人們對軌道交通車輛安全性的反思。那么,碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車輛領(lǐng)域應(yīng)用有關(guān)鍵問題呢?
首先,碳纖維若要應(yīng)用在軌道交通車輛上,除了滿足強度、剛度、減重方面的要求,安全性是一個繞不開的話題。自從7.23甬溫線特大事故之后,中國高鐵其實已經(jīng)經(jīng)不起安全事故的發(fā)生,因為這不但會影響國人的信心,也影響高鐵走出去的大局。
安全性的核心在于防火,高鐵車廂是一個密閉的空間,如果發(fā)生火災(zāi),乘客無法躲避。如果阻燃性做的太差,發(fā)生安全事故絕對是大概率,畢竟誰也不愿意坐在易燃易爆品上旅行。
防火的要求
碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域,防火是關(guān)鍵點。所謂的防火,要涉及四個方面的內(nèi)容,阻燃性、煙密度、熔滴性、煙毒性。
阻燃性
首先阻燃性,指材料具有明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。也就是火焰燒到到復(fù)合材料部件上,無法繼續(xù)向前蔓延。通常用產(chǎn)品燃燒破壞長度或者燃燒熄滅時間來判斷阻燃性的好壞。例如德國鐵路車輛防火標(biāo)準(zhǔn)D5510-2對阻燃性分為 S2-S5(S2/S3/S4/S5)四個等級,分別要求:
DIN5510-2 S2級要求:產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過30cm。
DIN5510-2 S3級要求:產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過25cm且后燃燒時間不超過100s。
DIN5510-2 S4級要求:產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過20cm且后燃燒時間不超過10s。
DIN5510-2 S5級要求:產(chǎn)品燃燒破壞長度:無且后燃燒時間:無。
煙密度
其次是煙密度,也就是火焰蔓延到復(fù)合材料部件上,發(fā)出的煙的多少。一般來講,發(fā)煙越少,對人體危害越小。測試煙密度,主要利用光線通過煙霧衰減多少來評判。光線衰減越大,煙密度越大,光線衰減越小,煙密度越小。D5510-2將煙密度分為3個等級,未達到SR1,SR1,SR2,分別要求:
熔滴性
關(guān)于熔滴性,很容易理解。比如燒塑料制品,會發(fā)現(xiàn)塑料被燒成液滴,并伴隨著火苗滴落下來。熔滴性差的復(fù)合材料制品,會造成火焰蔓延的不可控。所以,對熔滴性的評判,只有兩個標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)生熔滴和不產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。D5510-2標(biāo)準(zhǔn)將熔滴性分為2個檔次,具體要求如下:
煙毒性
地鐵/高鐵等車輛的火災(zāi)的傷亡中,濃煙引起的窒息死亡遠遠大于火災(zāi)本身造成的死亡,因此對地鐵/高鐵等材料的煙霧毒性的測試十分必要。D5510-2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置毒性指數(shù)FED指標(biāo)來評判煙毒性,通常要求煙毒性指數(shù)FED≤1。
國內(nèi)的樣板
說起碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用,江蘇恒神可以說是絕對繞不開的樣板。
早在幾年前,恒神就與中車青島四方公司合作開發(fā)了高速列車裙板,設(shè)備艙以及500公里時速高鐵的頭罩。目前這些部件已經(jīng)跟隨試驗列車在線路上進行試驗,具有很好的推廣價值。
做了這么多高鐵項目。恒神順其自然的開發(fā)出了多種符合阻燃標(biāo)準(zhǔn)的樹脂和預(yù)浸料。2015年成功研發(fā)了EV101、EM116無鹵阻燃預(yù)浸料樹脂體系,其阻燃能力達到了德國標(biāo)準(zhǔn)DIN5510中的S4等級要求,且通過SGS阻燃測試。
另外根據(jù)全碳車體的制造要求,恒神研制出了滿足導(dǎo)入成型工藝的阻燃樹脂EL305,以及用于拉擠成型的阻燃環(huán)氧樹脂體系EH802。
除此之外,針對航空部件的要求,開發(fā)出了滿足適航認證25部要求的酚醛樹脂預(yù)浸料。近年歐盟提出了更為嚴格的阻燃標(biāo)準(zhǔn)EN45545,該標(biāo)準(zhǔn)對火焰?zhèn)鞑ァ後尫?、煙密度以及煙毒性提出了更為嚴格的要求。根?jù)國內(nèi)各大主機廠提供的信息,未來復(fù)合材料在下一代軌道交通車輛上應(yīng)用將必須滿足EN45545阻燃測試。
恒神緊跟時代的步伐,一直致力于提高復(fù)合材料的阻燃性能,在研制滿足EN45545標(biāo)準(zhǔn)的材料方面率先邁出了重要的一步。目前,已成功研制出了滿足EN45545中HL2級別R1等級的阻燃預(yù)浸料EM119,可應(yīng)用于OoA、模壓、熱壓罐等成型工藝。
未來600公里時速的磁懸浮列車的研發(fā),貼地飛行對車輛減重提出了更高的要求,所以碳纖維復(fù)合材料替換鋁合金是大勢所趨。針對軌道交通開發(fā)出適合其特點的樹脂以及預(yù)浸料體系,顯得尤為重要。未來誰能率先做出布局,誰就能在軌道交通領(lǐng)域占據(jù)一席之地。
