Dieci principali progressi tecnologici nel settore dei materiali compositi in transito ferroviario nel prossimo decennio

I. La rivoluzione intelligente: abilitazione dei treni con "Perceptive Life "

1.1 Materiali compositi autorigeneri
Ispirati al meccanismo di auto-riparato della pelle umana, i materiali di auto-guarigione di prossima generazione utilizzano agenti di guarigione incapsulati con microcapsule o tecnologia di ricombinazione del legame chimico dinamico per riparare autonomamente crepe inferiori a 0,5 mm. L'European Rail Alliance ha lanciato progetti pilota utilizzando tali materiali nei connettori di Bogie, mostrando un aumento di 2,3 volte della durata della vita dei materiali. Nel frattempo, il CRRC in Cina ha sviluppato un sistema di guarigione innescato dal bio-enzima che raggiunge un'efficienza di riparazione dell'89% entro 24 ore a 60 ° C.

1.2 Reti di sensori incorporati
I materiali della pelle intelligenti, incorporando 300 micro-sensori per metro quadrato, consentono il monitoraggio in tempo reale di deformazione, temperatura e danni interni nei corpi ferroviari. Dopo che il treno tedesco ICE4 ha adottato un sistema di rilevamento di Fibre Bragg Grating (FBG), il suo ciclo di manutenzione dei carrelli è stato esteso da 120.000 km a 240.000 km. Inoltre, China Aerospace Science and Industry Corporation ha sviluppato un film di rilevamento composito in fibra di carbonio piezoelettrico con una risoluzione di 0,1 micro-filo.

1.3 Strutture adattative morfologiche
I materiali compositi a forma di memoria stanno rimodellando la logica di progettazione meccanica convenzionale. Kawasaki Heavy Industries in Giappone ha sviluppato una carenatura del tetto del treno SMP (forma di memoria) che si deforma automaticamente per ottimizzare l'aerodinamica quando la differenza di pressione all'interno e all'esterno di un tunnel supera i 500pa, riducendo il consumo di energia del treno del 7%. Le applicazioni future possono estendersi ai sistemi di carrelli di calibro variabile.

Ii. Avanzare della tecnologia leggera: raggiungere l'efficienza attraverso la riduzione del peso

2.1 La svolta in fibra di carbonio a basso costo
L'ostacolo principale al CFRP su larga scala (polimero a fibra di carbonio) è il costo. Zhongfu Shenying ha sviluppato una fibra di carbonio di livello T800 di livello T800, riducendo i costi di produzione del 35%. Attualmente stanno testando una pre -preg termoplastica in fibra di carbonio/sbirciatina da 8 strati, con l'obiettivo di abbinare il costo delle leghe di alluminio per i materiali strutturali primari entro il 2030.

2.2 Breakthroughs in Nano-Hencement Technology
L'aggiunta di grafene 0,5% in peso alla resina epossidica aumenta la resistenza a taglio interlaminario dei compositi del 40%. I ricercatori dell'Università di Southwest Jiaotong hanno sviluppato una struttura di nanotubo di carbonio "a pelo radicale " per materiali per i materiali del freno, migliorando la stabilità del coefficiente di attrito del 60% e riducendo il tasso di usura a un quarto dei materiali tradizionali.

2.3 Industrializzazione della fibra di basalto
Come alternativa economica alla fibra di carbonio, i compositi in fibra di basalto sono stati utilizzati con successo nei pannelli del tetto della linea della metropolitana di Chengdu 18. China National Building Materials Group ha stabilito una linea di produzione annuale di oltre 10.000 tonnellate, riducendo i costi materiali a un terzo di fibra di carbonio mentre si incontrano con l'En45545-2 HL3 Sicurezza antincendio.

Iii. Transizione verde: rimodellamento dell'ecosistema del ciclo di vita

3.1 L'ascesa di materiali a base biologica
CRRC Sifang ha sviluppato un telaio di sedile composito in fibra di lino/PLA che è più leggero del 22% rispetto alle controparti in fibra di vetro, riducendo le emissioni di carbonio del ciclo di vita del 47%. Gli ultimi regolamenti dell'UE impongono che i materiali a base biologica devono comprendere almeno il 30% degli interni del treno entro il 2030, creando nuove opportunità per i compositi di fibra di bambù e micelio.

3.2 La rivoluzione del riciclaggio termoplastico
Alstom ha iniziato l'adozione di massa di telai di finestre composite termoplastiche PAEK nei treni TGV. I componenti disattivati ​​possono essere distrutti e ricoperti di iniezione direttamente in nuove parti, aumentando l'utilizzo del materiale dal 35% al ​​92%. Nel frattempo, la Cina Aero Engine Corporation ha sviluppato una tecnica di saldatura in situ assistita da laser che raggiunge l'85% della resistenza del materiale genitore nei giunti compositi termoplastici.

3.3 Design ecologico modulare
La progettazione del corpo del treno "in stile LEGO " di CRRC Changchun utilizza 112 moduli CFRP standardizzati, consentendo la riciclabilità del materiale al 95%. Questo approccio riduce il consumo di energia manifatturiero del 30% e ha portato alla creazione del primo database di impronte di carbonio per veicoli per veicoli per veicoli metropolitane compositi al mondo.

IV. Rivoluzione funzionale: da carico alle capacità multidimensionali

4.1 Compositi di funzione struttura integrati
I compositi strutturati da sandwich di prossima generazione ottengono:

• Portante: Resistenza a compressione di 18 MPa a una densità superficiale di 4,8 kg/m²

• Isolamento del suono: Coefficiente di assorbimento del rumore di 0,83 attraverso 125-4000 Hz

• Resistenza al fuoco: Passando il test antincendio EN45545-2 con 45 minuti di resistenza alle ustioni

CRRC Tangshan ha applicato questa tecnologia nella cabina delle attrezzature del treno di alta velocità di Beijing-Zhangjiakou.

4.2 Sistemi di raccolta dell'energia di vibrazione
L'Università Tongji ha sviluppato un sistema di pavimentazione composita di fibra di carbonio piezoelettrico ibrido che converte le vibrazioni del treno in elettricità, generando una media di 3,2 kWh per trasporto al giorno, sufficiente per alimentare i sistemi di illuminazione intorno all'orologio.

4.3 Materiali di gestione termica intelligente
Il disco di freno composito a cernugia di carbonio gradiente utilizzato in treni Maglev da 600 km/h rimane strutturalmente stabile a temperature superiori a 800 ° C. Un design del micro-channel migliora l'efficienza di dissipazione del calore di 2,5 volte.

V. Paradigma di produzione Shift: gemelli digitali che guidano la produzione intelligente

5.1 Barriere di dimensioni di rottura della produzione additiva
China Comac ha sviluppato una tecnologia di stampa 3D in fibra continua in grado di produrre un raggio del tetto CFRP lungo 12 metri in un singolo processo, riducendo i punti di connessione da 256 a 16 e ottenendo una riduzione del peso del 31%. I ricercatori europei stanno sperimentando robot di riparazione di stampa 3D mobili di bordo.

5.2 Controllo di precisione gemello digitale
CRRC Zhuzhou ha creato un sistema gemello digitale a processo pieno per componenti compositi, riducendo i tassi di difetti dal 2,1% allo 0,3%. Il suo modello di simulazione di formazione di autoclave mantiene un margine di errore inferiore a 1,5 ° C, accorciando i cicli di indurimento del 22%.

5.3 produzione flessibile robotica
China Aerospace Haiyy ha sviluppato una macchina per posizionamento automatico delle fibre automatizzate a 16 assi (AFP) con precisione di 0,1 mm per superfici curve, riducendo il tempo di produzione di grandi pannelli laterali da 72 ore a 8 ore mantenendo i rifiuti di materiale al di sotto del 3%.

Vi. Future Outlook: un nuovo panorama dei materiali in un mercato da trilioni di dollari

Con il Strategia a doppia carbonio Guidare lo sviluppo sostenibile, la Cina Il mercato dei materiali compositi in transito ferroviario è fissato per una crescita sostanziale entro il 2030. Le raccomandazioni chiave per il settore includono:

1. Stabilire a framework standardizzato per applicazioni di materiale composito in transito ferroviario

2. Costruire un Ecosistema industriale integrato "Materiali-Design-Manufacturing-RECYCLING "

3. Sviluppare a Materiali compositi a livello nazionale Piattaforma di big data

Come questo Rivoluzione dei materiali globali si svolge, Le imprese di materiale composito cinese stanno passando dai follower ai leader. Non vediamo l'ora di vedere come andranno queste innovazioni rimodellare il futuro del trasporto ferroviario!