Bûtenlânsk ûndersyk op it mêd fan gearstalde materialen foar spoarferfier rint al hast in heale ieu.Hoewol de rappe ûntwikkeling fan spoarferfier en hege snelheidspoar yn Sina en de tapassing fan ynlânske gearstalde materialen op dit mêd yn folle gong binne, is de fersterke glêstried fan gearstalde materialen in soad brûkt yn bûtenlânske spoartransit mear glêstried, wat oars is as dat fan koalstoffaserkompositen yn Sina.Lykas neamd yn dit artikel, is koalstoffaser minder as 10% fan de gearstalde materialen foar lichem ûntwikkele troch TPI Composites Company, en de rest is glêstried, sadat it kin lykwicht de kosten wylst soargje lichtgewicht.It massale gebrûk fan koalstoffaser liedt ûnûntkomber ta kostenproblemen, sadat it kin wurde brûkt yn guon wichtige strukturele komponinten lykas draaistellen.
Foar mear as 50 jier hat Norplex-Micarta, in makker fan thermoset kompositen, in fêst bedriuw hân foar it meitsjen fan materialen foar spoarferfierapplikaasjes, ynklusyf treinen, ljochtspoarremsystemen, en elektryske isolaasje foar ferhege elektryske rails.Mar hjoed wreidet de merk fan it bedriuw út foarby in relatyf smelle niche nei mear tapassingen lykas muorren, dakken en flierren.
Dustin Davis, direkteur fan saaklike ûntwikkeling foar Norplex-Micarta, is fan betinken dat spoar- en oare massaferfiermerken yn 'e kommende jierren hieltyd mear kânsen sille leverje foar syn bedriuw, lykas oare gearstalde fabrikanten en leveransiers.D'r binne ferskate redenen foar dizze ferwachte groei, wêrfan ien de Jeropeeske oanname is fan 'e Fire-standert EN 45545-2, dy't strangere easken foar brân-, reek- en gasbeskerming (FST) yntroduseart foar massaferfier.Troch it brûken fan fenolharssystemen kinne gearstalde fabrikanten de nedige fjoer- en reekbeskermingseigenskippen yn har produkten opnimme.
Derneist begjinne bus-, metro- en treinoperators de foardielen fan gearstalde materialen te realisearjen by it ferminderjen fan lawaaierige trilling en kakofonie."As jo oait yn 'e metro west hawwe en in metalen plaat rattelen hearden," sei Davis.As it paniel fan gearstald materiaal is, sil it it lûd dempe en de trein rêstiger meitsje."
It lichtere gewicht fan 'e komposit makket it ek oantreklik foar busoperators dy't ynteressearre binne yn it ferminderjen fan brânstofgebrûk en it útwreidzjen fan har berik.Yn in rapport fan septimber 2018 foarsei merkûndersyksbedriuw Lucintel dat de wrâldwide merk foar kompositen brûkt yn massaferfier en off-road auto's soe groeie mei in jierlikse taryf fan 4.6 prosint tusken 2018 en 2023, mei in potinsjele wearde fan $ 1 miljard oant 2023. Kânsen sille komme út in ferskaat oan tapassingen, ynklusyf eksterieur, ynterieur, kap en powertrain dielen, en elektryske komponinten.
Norplex-Micarta produseart no nije dielen dy't op it stuit wurde hifke op ljochtspoarlinen yn 'e Feriene Steaten.Derneist bliuwt it bedriuw har konsintrearje op elektrifikaasjesystemen mei trochgeande glêstriedmaterialen en kombinearret se mei rapper harssystemen."Jo kinne kosten ferminderje, produksje ferheegje en de folsleine funksjonaliteit fan FST-fenol op 'e merke bringe," ferklearre Davis.Wylst gearstalde materialen djoerder kinne wêze as ferlykbere metalen dielen, seit Davis dat kosten net de tapassingsbepalende faktor is dy't se studearje.
Ljocht en flammefertragend
De opknapbeurt fan de Jeropeeske spoaroperator Duetsche Bahn's float fan 66 ICE-3 Express-auto's is ien fan 'e mooglikheden fan gearstalde materialen om te foldwaan oan 'e spesifike behoeften fan klanten.Air conditioning systeem, passazjier entertainment systeem en nije sitten tafoege ûnnedige gewicht oan de ICE-3 spoar auto's.Dêrnjonken foldie de oarspronklike tripleksflier net oan 'e nije Europeeske brânnoarmen.It bedriuw hie in flieroplossing nedich om gewicht te ferminderjen en te foldwaan oan noarmen foar brânbeskerming.Lichtgewicht gearstalde flier is it antwurd.
Saertex, in fabrikant fan gearstalde stoffen basearre yn Dútslân, biedt in LEO® materiaalsysteem foar har flier.Daniel Stumpp, wrâldwide haad fan marketing by Saertex Group, sei dat LEO in lagen, net-krimpe stof is dy't hegere meganyske eigenskippen en grutter lichtgewichtpotinsjeel biedt dan weven stoffen.It fjouwer-komponint gearstalde systeem omfettet spesjale fjoer-resistant coatings, glêstried fersterke materialen, SAERfoam® (in kearn materiaal mei yntegrearre 3D-fiberglass Bridges), en LEO vinyl ester harsen.
SMT (ek basearre yn Dútslân), in fabrikant fan gearstalde materiaal, makke de flier troch in fakuümvulproses mei werbrûkbere silisium fakuümzakken makke troch Alan Harper, in Britsk bedriuw."Wy hawwe sawat 50 prosint fan it gewicht bewarre fan it foarige tripleks," sei Stumpp."It LEO-systeem is basearre op trochgeande glêstriedlaminaten mei in net-folle harssysteem mei poerbêste meganyske eigenskippen .... Dêrnjonken ferrot de komposit net, wat in grut foardiel is, benammen yn gebieten wêr't it yn 'e winter snie en de de flier is wiet."De flier, boppeste tapyt en rubbermateriaal foldogge allegear oan de nije flammefertragende noarmen.
SMT hat produsearre mear as 32.000 fjouwerkante foet fan panielen, dy't binne ynstallearre yn likernôch in tredde fan de acht ICE-3 treinen oant no ta.Tidens it ferbouwingsproses wurdt de grutte fan elk paniel optimalisearre om in bepaalde auto te passen.De OEM fan 'e ICE-3 sedan wie sa ûnder de yndruk fan' e nije gearstalde flier dat it in gearstald dak hat besteld om de âlde metalen dakstruktuer yn 'e spoarweinen foar in part te ferfangen.
Gean fierder
Proterra, in Kalifornje-basearre ûntwerper en fabrikant fan nul-emisje elektryske bussen, brûkt gearstalde materialen yn al har lichems sûnt 2009. Yn 2017 sette it bedriuw in rekord troch 1.100 ienrjochtingsmilen te riden op syn batterijladen Catalyst ®E2 bus.Dy bus hat in lichtgewicht lichem makke troch gearstalde fabrikant TPI Composite.
* Koartlyn wurke TPI gear mei Proterra om in yntegreare alles-yn-ien gearstalde elektryske bus te produsearjen."Yn in typyske bus of frachtwein is d'r in chassis, en it lichem sit boppe op dat chassis," ferklearret Todd Altman, direkteur fan Strategyske marketing by TPI.Mei it hurde shell-ûntwerp fan 'e bus, yntegrearren wy it chassis en it lichem byinoar, fergelykber mei it ûntwerp fan 'e alles-yn-ien auto." In inkele struktuer is effektiver dan twa aparte struktueren om te foldwaan oan prestaasjeseasken.
De Proterra single-shell lichem is doel-boud, ûntworpen fanôf it begjin om in elektrysk auto te wêzen.Dat is in wichtich ûnderskied, sei Altman, om't de ûnderfining fan in protte autofabrikanten en elektryske busmakkers west hat om beheinde besykjen te besykjen om har tradisjonele ûntwerpen foar ynterne ferbaarningsmotoren oan te passen oan elektryske auto's."Se nimme besteande platfoarms en besykje safolle mooglik batterijen yn te pakken. It biedt net de bêste oplossing út elk eachpunt."’ sei Altman.
In protte elektryske bussen hawwe bygelyks batterijen yn 'e rêch of boppe op' e auto.Mar foar Proterra is TPI yn steat om de batterij ûnder de bus te montearjen."As jo in protte gewicht tafoegje oan 'e struktuer fan' e auto, wolle jo dat gewicht sa licht mooglik is, sawol út in prestaasjes as út in feiligens eachpunt," sei Altman.Hy merkte op dat in protte fabrikanten fan elektryske bus en auto's no weromgeane nei it tekenboerd om effisjintere en rjochte ûntwerpen foar har auto's te ûntwikkeljen.
TPI hat in fiifjierrige oerienkomst oansletten mei Proterra om maksimaal 3,350 gearstalde buslichems te produsearjen by TPI's foarsjenningen yn Iowa en Rhode Island.
Moatte oanpasse
It ûntwerpen fan it Catalyst-buslichem fereasket dat TPI en Proterra de sterke en swakke punten fan alle ferskillende materialen konstant balansearje, sadat se kostendoelen kinne foldwaan, wylst se optimale prestaasjes berikke.Altman merkte op dat de ûnderfining fan TPI yn it produsearjen fan grutte wynblêden dy't sawat 200 fuotten lang binne en 25.000 pûn weagje, makket it relatyf maklik foar har om 40-foet bus-lichems te produsearjen dy't tusken 6.000 en 10.000 pûn weagje.
TPI is yn steat om de fereaske strukturele sterkte te krijen troch selektyf koalstoffaser te brûken en it te behâlden om de gebieten te fersterkjen dy't de grutste lêst drage."Wy brûke koalstoffaser wêr't jo yn prinsipe in auto kinne keapje," sei Altman.Oer it algemien makket koalstoffaser minder dan 10 prosint út fan it gearstalde fersterkende materiaal fan it lichem, mei de rest fan glêstried.
TPI keas foar in ferlykbere reden vinylesterhars."As wy nei epoksyen sjogge, binne se geweldich, mar as jo se genêze, moatte jo de temperatuer ferheegje, dus moatte jo de skimmel ferwaarmje. It is in ekstra kosten, "gie hy troch.
It bedriuw brûkt fakuüm-assistearre harsferfierfoarmjen (VARTM) om gearstalde sandwichstruktueren te produsearjen dy't de nedige stivens leverje oan in inkele shell.Tidens it fabrikaazjeproses wurde guon metalen fittings (lykas threaded fittings en tapplaten) yn it lichem opnommen.De bus is ferdield yn boppeste en ûnderste parten, dy't dan oaninoar lijm wurde.Arbeiders moatte letter lytse gearstalde fersieringen tafoegje, lykas fairings, mar it oantal dielen is in fraksje fan 'e metalen bus.
Nei it ferstjoeren fan it ôfmakke lichem nei de Proterra busproduksjefabryk, streamt de produksjeline flugger, om't der minder wurk te dwaan is."Se hoege net al it lassen, slypjen en fabrikaazje te dwaan, en se hawwe in heul ienfâldige ynterface om it lichem te ferbinen mei de oandriuwing," tafoege Altman.Proterra besparret tiid en ferminderet overhead, om't minder produksjeromte nedich is foar de monokotyske shell.
Altman is fan betinken dat de fraach nei gearstalde buslichems sil trochgean te groeien as stêden keare nei elektryske bussen om fersmoarging te ferminderjen en kosten te besunigjen.Neffens Proterra hawwe elektryske auto's foar batterijen de leechste kosten foar libbenssyklus (12 jier) yn ferliking mei diesel, komprimearre ierdgas of hybride dieselbussen.Dat kin ien reden wêze wêrom't Proterra seit dat ferkeap fan batterij-oandreaune elektryske bussen no 10% fan 'e totale ferfiersmerk útmakket.
D'r binne noch wat obstakels foar de brede tapassing fan gearstalde materialen yn elektryske bus lichem.Ien is de spesjalisaasje fan 'e behoeften fan ferskate busklanten."Elke transitautoriteit hâldt fan bussen op in oare manier te krijen - sitkonfiguraasje, lûkiepening. It is in grutte útdaging foar busfabrikanten, en in protte fan dy konfiguraasjeartikelen kinne nei ús gean.""Altman sei. "Yntegrearre lichemsfabrikanten wolle in standert bouwe hawwe, mar as elke klant in hege mjitte fan oanpassing wol, sil it dreech wêze om dat te dwaan. "TPI wurket fierder mei Proterra om it busûntwerp te ferbetterjen om better te behearjen de fleksibiliteit easke troch ein-klanten.
Ferkenne de mooglikheid
Composites bliuwt te testen oft har materialen geskikt binne foar nije applikaasjes foar massaferfier.Yn it Feriene Keninkryk liedt ELG Carbon Fibre, dy't spesjalisearre is yn technology foar recycling en werbrûk fan koalstoffaser, in konsortium fan bedriuwen dy't lichtgewicht gearstalde materialen ûntwikkelje foar draaistellen yn persoaneauto's.De draaistel stipet it lichem fan 'e auto, begeliedt de wielstel en behâldt syn stabiliteit.Se helpe it ridekomfort te ferbetterjen troch spoarvibraasjes te absorbearjen en sintrifugale krêft te minimalisearjen as de trein draait.
Ien doel fan it projekt is om draaistellen te produsearjen dy't 50 prosint lichter binne as fergelykbere metalen draaistellen."As it draaistel lichter is, soarget it foar minder skea oan it spoar, en om't de lading op it spoar minder wurdt, kinne ûnderhâldstiid en ûnderhâldskosten wurde fermindere," seit Camille Seurat, ELG produktûntwikkelingsingenieur.Oanfoljende doelen binne de krêften fan side-to-rail tsjillen mei 40% te ferminderjen en libbensbetingstmonitoring te leverjen.De UK's non-profit Rail Safety and Standards Board (RSSB) finansiert it projekt mei it doel om in kommersjeel leefber produkt te produsearjen.
Wiidweidige produsearjende proeven binne útfierd en in oantal testpanielen binne makke mei prepregs fan stanspressing, konvinsjonele wiete opmaak, perfúzje en autoklaaf.Om't de produksje fan 'e draaistellen beheind soe wêze, keas it bedriuw epoksy prepreg genêzen yn autoklaven as de meast kosten-effektive metoade fan bou.
It bogie-prototype fan folsleine grutte is 8,8 feet lang, 6,7 feet breed en 2,8 feet heech.It is makke fan in kombinaasje fan recycled koalstoffaser (nonwoven pads levere troch ELG) en rauwe koalstoffaserstof.De ien-wei fezels sille brûkt wurde foar de wichtichste sterkte elemint en wurde pleatst yn de mal mei help fan robotic technology.In epoksy mei goede meganyske eigenskippen sil wurde selektearre, dat sil in nij formulearre flamfertragende epoksy wêze dy't EN45545-2 sertifisearre is foar gebrûk op spoaren.
Oars as stielen draaistellen, dy't fan stjoerbalken oan twa sydbalken laske wurde, wurde gearstalde draaistellen boud mei ferskate boppe- en ûnderkanten dy't dan meiinoar ferbûn wurde.Om de besteande metalen draaistellen te ferfangen, sil de gearstalde ferzje de ophingings- en remferbiningsbeugels en oare aksessoires yn deselde posysje moatte kombinearje."Foar no hawwe wy der foar keazen om de stielen fittings te hâlden, mar foar fierdere projekten kin it ynteressant wêze om de stielen fittings te ferfangen troch gearstalde fittings, sadat wy it definitive gewicht fierder kinne ferminderje," sei Seurat.
In konsortiumlid fan 'e Sensors and Composites Group oan' e Universiteit fan Birmingham hâldt tafersjoch op 'e ûntwikkeling fan' e sensor, dy't sil wurde yntegrearre yn 'e gearstalde bogie yn' e produksjestadium."De measte sensoren sille rjochtsje op it kontrolearjen fan spanning op diskrete punten op 'e draaistel, wylst oaren binne foar temperatuersensing," sei Seurat.De sensoren sille real-time tafersjoch meitsje fan 'e gearstalde struktuer, wêrtroch't gegevens oer it libben kinne wurde sammele.Dit sil weardefolle ynformaasje leverje oer pyklast en wurgens op lange termyn.
Foarriedige ûndersiken jouwe oan dat gearstalde draaistellen de winske gewichtsreduksje fan 50% kinne berikke.It projektteam hopet healwei 2019 in grut draaistel klear te hawwen foar testen.As it prototype prestearret as ferwachte, sille se mear draaistellen produsearje om trams te testen makke troch Alstom, it spoarferfierbedriuw.
Neffens Seurat, hoewol d'r noch in protte wurk te dwaan is, suggerearje iere oanwizings dat it mooglik is om in kommersjeel libbensfetbere gearstalde draaistel te bouwen dat kin konkurrearje mei metalen draaistellen yn kosten en sterkte."Dan tink ik dat d'r in protte opsjes en potinsjele applikaasjes binne foar kompositen yn 'e spoaryndustry," tafoege se.(Artikel werprinte út Carbon Fiber and Its Composite Technology troch Dr. Qian Xin).
Post tiid: Mar-07-2023