近幾天,有兩件新聞刷遍復材人的朋友圈,一個是600公里時速磁懸浮列車通過技術方案評審,另一個是青島發往杭州的高鐵G281發生火災,引發了人們對軌道交通車輛安全性的反思。那么,碳纖維復合材料在軌道交通車輛領域應用有關鍵問題呢?

 

        首先,碳纖維若要應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,中國高鐵其實已經經不起安全事故的發生,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,如果發生火災,乘客無法躲避。如果阻燃性做的太差,發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

 

        碳纖維復合材料應用于軌道交通領域,防火是關鍵點。所謂的防火,要涉及四個方面的內容,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。也就是火焰燒到到復合材料部件上,無法繼續向前蔓延。通常用產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準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:產品燃燒破壞長度不超過30cm。

       DIN5510-2 S3級要求:產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合材料部件上,發出的煙的多少。一般來講,發煙越少,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

 

        關于熔滴性,很容易理解。比如燒塑料制品,會發現塑料被燒成液滴,并伴隨著火苗滴落下來。熔滴性差的復合材料制品,會造成火焰蔓延的不可控。所以,對熔滴性的評判,只有兩個標準,產生熔滴和不產生熔滴現象。D5510-2標準將熔滴性分為2個檔次,具體要求如下:

煙毒性

 

        地鐵/高鐵等車輛的火災的傷亡中,濃煙引起的窒息死亡遠遠大于火災本身造成的死亡,因此對地鐵/高鐵等材料的煙霧毒性的測試十分必要。D5510-2標準設置毒性指數FED指標來評判煙毒性,通常要求煙毒性指數FED≤1。

 

國內的樣板

 

         說起碳纖維復合材料在軌道交通領域的應用,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了高速列車裙板,設備艙以及500公里時速高鐵的頭罩。目前這些部件已經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出了多種符合阻燃標準的樹脂和預浸料。2015年成功研發了EV101、EM116無鹵阻燃預浸料樹脂體系,其阻燃能力達到了德國標準DIN5510中的S4等級要求,且通過SGS阻燃測試。

 

       另外根據全碳車體的制造要求,恒神研制出了滿足導入成型工藝的阻燃樹脂EL305,以及用于拉擠成型的阻燃環氧樹脂體系EH802。

 

        除此之外,針對航空部件的要求,開發出了滿足適航認證25部要求的酚醛樹脂預浸料。近年歐盟提出了更為嚴格的阻燃標準EN45545,該標準對火焰傳播、熱釋放、煙密度以及煙毒性提出了更為嚴格的要求。根據國內各大主機廠提供的信息,未來復合材料在下一代軌道交通車輛上應用將必須滿足EN45545阻燃測試。

        恒神緊跟時代的步伐,一直致力于提高復合材料的阻燃性能,在研制滿足EN45545標準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等級的阻燃預浸料EM119,可應用于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,貼地飛行對車輛減重提出了更高的要求,所以碳纖維復合材料替換鋁合金是大勢所趨。針對軌道交通開發出適合其特點的樹脂以及預浸料體系,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域占據一席之地。

 

恒神已經先行一步,誰會重視起來,快步跟上呢?