Panalungtikan asing dina widang bahan komposit pikeun transit rail geus lumangsung pikeun ampir satengah abad.Sanajan ngembangkeun gancang tina transit rail jeung rail-speed tinggi di Cina jeung aplikasi bahan komposit domestik dina widang ieu di ayun pinuh, serat bertulang bahan komposit loba dipaké dina transit rail asing leuwih serat kaca, nu béda ti yén komposit serat karbon di Cina.Sakumaha anu disebat dina tulisan ieu, serat karbon kirang ti 10% tina bahan komposit pikeun awak dikembangkeun ku TPI Composites Company, sareng sésana nyaéta serat gelas, ku kituna tiasa nyaimbangkeun biaya bari mastikeun énténg.Pamakéan serat karbon anu ageung pasti nyababkeun kasusah biaya, ku kituna tiasa dianggo dina sababaraha komponén struktural konci sapertos bogies.
Pikeun leuwih ti 50 taun, Norplex-Micarta, a maker of thermosetting composites, geus boga bisnis ajeg nyieun bahan pikeun aplikasi transit rail, kaasup karéta, light-rail sistem ngerem, sarta insulasi listrik pikeun rel listrik elevated.Tapi kiwari, pasar parusahaan geus ngembangna saluareun ceruk rélatif sempit kana aplikasi leuwih kayaning tembok, hateup jeung floors.
Dustin Davis, diréktur pamekaran bisnis pikeun Norplex-Micarta, yakin yén rel sareng pasar transportasi masal anu sanés bakal masihan kasempetan pikeun perusahaanna, ogé pabrik sareng supplier komposit sanés, dina taun-taun anu bakal datang.Aya sababaraha alesan pikeun kamekaran anu dipiharep ieu, salah sahijina nyaéta nyoko Éropa standar Seuneu EN 45545-2, anu ngenalkeun syarat seuneu, haseup sareng perlindungan gas (FST) anu langkung ketat pikeun angkutan masal.Ku ngagunakeun sistem résin fénol, pabrik komposit tiasa ngalebetkeun sipat panyalindungan seuneu sareng haseup anu diperyogikeun kana produkna.
Salaku tambahan, operator beus, subway sareng karéta mimiti sadar kauntungan tina bahan komposit dina ngirangan geter bising sareng cacophony."Upami anjeun kantos naék kana subway sareng ngupingkeun pelat logam ngageter," saur Davis.Upami panelna didamel tina bahan komposit, éta bakal ngajempékeun sora sareng ngajantenkeun karéta langkung tenang."
Beurat komposit anu langkung hampang ogé ngajantenkeun operator beus anu kabetot pikeun ngirangan pamakean bahan bakar sareng ngalegaan jangkauan na.Dina laporan Séptémber 2018, firma riset pasar Lucintel ngaramalkeun yén pasar global pikeun komposit anu dianggo dina transportasi massal sareng kendaraan luar jalan bakal tumbuh dina laju taunan 4.6 persén antara 2018 sareng 2023, kalayan nilai poténsial $ 1 milyar ku 2023. Kasempetan bakal datangna tina rupa-rupa aplikasi, kaasup exterior, interior, tiung jeung powertrain bagian, sarta komponén listrik.
Norplex-Micarta ayeuna ngahasilkeun bagian anyar anu ayeuna keur diuji dina jalur rail light di Amérika Serikat.Sajaba ti éta, parusahaan terus difokuskeun sistem electrification kalawan bahan serat kontinyu sarta ngagabungkeun aranjeunna kalayan sistem résin curing gancang."Anjeun tiasa ngirangan biaya, ningkatkeun produksi, sareng nyayogikeun fungsionalitas FST phenolic ka pasar," saur Davis.Bari bahan komposit bisa jadi leuwih mahal ti bagian logam sarupa, Davis nyebutkeun biaya teu faktor nangtukeun aplikasi aranjeunna keur diajar.
Cahaya sareng tahan seuneu
Perbaikan armada operator karéta Éropa Duetsche Bahn tina 66 mobil ICE-3 Express mangrupikeun salah sahiji kamampuan bahan komposit pikeun nyumponan kabutuhan khusus para nasabah.Sistem AC, sistem hiburan panumpang sareng korsi anyar nambihan beurat anu teu dipikabutuh kana mobil rail ICE-3.Salaku tambahan, lantai lapis asli henteu nyumponan standar seuneu Éropa anyar.Perusahaan peryogi solusi lantai pikeun ngabantosan ngirangan beurat sareng nyumponan standar panyalindungan seuneu.Lantai komposit anu hampang mangrupikeun jawaban.
Saertex, produsén lawon komposit dumasar di Jerman, nawiskeun sistem bahan LEO® pikeun lantai na.Daniel Stumpp, lulugu pamasaran global di Saertex Grup, ceuk LEO mangrupakeun layered, lawon non-crimped nu nawarkeun sipat mékanis luhur sarta poténsi lightweight gede ti lawon anyaman.Sistem komposit opat-komponén ngawengku palapis husus tahan seuneu, bahan bertulang fiberglass, SAERfoam® (bahan inti jeung terpadu 3D-fiberglass Bridges), sarta résin éster vinyl LEO.
SMT (ogé dumasar di Jerman), produsén bahan komposit, nyiptakeun lantai ngaliwatan prosés ngeusian vakum nganggo kantong vakum silikon anu tiasa dianggo deui ku Alan Harper, perusahaan Inggris."Kami ngahémat sakitar 50 persén beurat tina lapis saméméhna," saur Stumpp."Sistem LEO dumasar kana laminates serat kontinyu kalawan sistem résin non-kaeusi mibanda sipat mékanis alus teuing ... Sajaba ti éta, komposit teu rot, nu mangrupakeun kaunggulan badag, utamana di wewengkon mana eta snows dina usum tiris jeung usum tiis. lantaina baseuh."Lantai, karpét luhur sareng bahan karét sadayana nyumponan standar tahan seuneu énggal.
SMT geus ngahasilkeun leuwih ti 32.000 méter pasagi panels, nu geus dipasang dina kira sapertilu tina dalapan karéta ICE-3 nepi ka ayeuna.Salila prosés refurbishment, ukuran unggal panel keur dioptimalkeun pikeun nyocogkeun mobil nu tangtu.OEM tina sedan ICE-3 éta jadi impressed jeung flooring komposit anyar nu geus maréntahkeun hateup komposit pikeun sawaréh ngaganti struktur hateup logam heubeul dina mobil rail.
Maju deui
Proterra, désainer basis California jeung produsén beus listrik nol-émisi, geus ngagunakeun bahan komposit dina sakabéh awakna saprak 2009. Dina 2017, pausahaan nyetél catetan ku nyetir 1.100 mil saarah dina Catalyst muatan batré na. ®E2 beus.Beus éta ngagaduhan awak ringan anu didamel ku pabrik komposit TPI Composite.
* Anyar-anyar ieu, TPI damel sareng Proterra pikeun ngahasilkeun beus listrik komposit terpadu sadaya-dina-hiji."Dina beus atawa treuk has, aya chassis, sarta awak sits on luhureun chassis éta," ngécéskeun Todd Altman, diréktur pamasaran strategis di TPI.Kalayan desain cangkang keras beus, kami ngahijikeun sasis sareng awak babarengan, sami sareng desain mobil sadaya-dina-hiji." Struktur tunggal langkung efektif tibatan dua struktur anu misah dina nyumponan syarat kinerja.
Badan cangkang tunggal Proterra didamel khusus, dirancang ti mimiti janten kendaraan listrik.Éta bédana penting, saur Altman, sabab pangalaman seueur produsén mobil sareng produsén beus listrik nyaéta nyobian usaha terbatas pikeun adaptasi desain tradisionalna pikeun mesin durukan internal kana kendaraan listrik."Éta nuju nyandak platform aya na nyobian pak saloba batré-gancang. Teu nawiskeun solusi pangalusna tina sagala sudut pandang "."ceuk Altman.
Seueur beus listrik, contona, gaduh batré di tukang atanapi di luhur kendaraan.Tapi pikeun Proterra, TPI tiasa masang batréna handapeun beus."Upami anjeun nambihan seueur beurat kana struktur kendaraan, anjeun hoyong beuratna janten hampang, boh tina sudut pandang kinerja sareng tina sudut pandang kaamanan," saur Altman.Anjeunna nyatakeun yén seueur produsén beus listrik sareng mobil ayeuna badé uih deui ka papan gambar pikeun ngembangkeun desain anu langkung éfisién sareng sasaran pikeun kendaraanna.
TPI geus diasupkeun kana perjangjian lima taun jeung Proterra pikeun ngahasilkeun nepi ka 3.350 awak beus komposit di fasilitas TPI di Iowa jeung Rhode Island.
Perlu ngaropéa
Ngarancang awak beus Catalyst merlukeun TPI na Proterra terus saimbang kaunggulan jeung kalemahan sadaya bahan béda ambéh maranéhanana bisa minuhan tujuan ongkos bari achieving kinerja optimal.Altman nyatet yén pangalaman TPI dina ngahasilkeun wilah angin badag anu panjangna kira 200 suku jeung beurat 25.000 pon ngajadikeun eta relatif gampang pikeun ngahasilkeun awak beus 40-suku nu beuratna antara 6.000 jeung 10.000 pon.
TPI tiasa kéngingkeun kakuatan struktur anu diperyogikeun ku cara milih serat karbon sareng nahanana pikeun nguatkeun daérah anu nanggung beban anu paling ageung."Kami nganggo serat karbon dimana anjeun dasarna tiasa mésér mobil," saur Altman.Gemblengna, serat karbon nyusun kirang ti 10 persén tina bahan panguat komposit awak, sareng sésana nyaéta orat.
TPI milih résin vinyl éster pikeun alesan sarupa."Lamun urang tingali dina epoxies, aranjeunna hébat, tapi mun anjeun cageur aranjeunna, anjeun kudu ngangkat hawa, jadi Anjeun kudu panas kapang. Ieu hiji expense tambahan, "Anjeunna nuluykeun.
Pausahaan ngagunakeun vakum-ditulungan résin mindahkeun molding (VARTM) pikeun ngahasilkeun struktur sandwich komposit nu nyadiakeun stiffness diperlukeun pikeun cangkang tunggal.Salila prosés manufaktur, sababaraha fittings logam (kayaning fittings threaded sarta pelat ngetok) anu diasupkeun kana awak.Beus dibagi kana bagian luhur jeung handap, nu lajeng glued babarengan.Pagawe engké kudu nambahan embellishments komposit leutik kayaning fairings, tapi jumlah bagian mangrupa fraksi beus logam.
Saatos ngirimkeun awak réngsé ka pabrik produksi beus Proterra, jalur produksi ngalir langkung gancang kusabab kirang padamelan anu kedah dilakukeun."Aranjeunna teu kudu ngalakukeun sagala las, grinding jeung manufaktur, sarta maranéhna boga panganteur pisan basajan pikeun nyambungkeun awak ka drivetrain nu," ditambahkeun Altman.Proterra ngahemat waktos sareng ngirangan overhead sabab kirang rohangan manufaktur diperyogikeun pikeun cangkang monocotic.
Altman percaya yén paménta pikeun awak beus komposit bakal terus ningkat nalika kota-kota janten beus listrik pikeun ngirangan polusi sareng ngirangan biaya.Numutkeun Proterra, kandaraan listrik batré gaduh biaya siklus hirup operasi panghandapna (12 taun) dibandingkeun solar, gas alam dikomprés atanapi beus hibrid solar.Éta tiasa janten salah sahiji alesan kunaon Proterra nyatakeun penjualan beus listrik anu nganggo batré ayeuna 10% tina total pasar angkutan.
Masih aya sababaraha halangan pikeun aplikasi lega bahan komposit dina awak beus listrik.Salah sahijina nyaéta spésialisasi kabutuhan palanggan beus anu béda."Unggal otoritas transit diaku meunang beus dina cara béda - konfigurasi korsi, lawang hatch. Ieu tangtangan badag pikeun pabrik beus, sarta loba eta item konfigurasi bisa balik ka kami "."Saur Altman. "Produsen awak terpadu hoyong gaduh ngawangun standar, tapi upami unggal palanggan hoyong tingkat kustomisasi anu luhur, éta bakal sesah ngalakukeun éta. " TPI terus damel sareng Proterra pikeun ningkatkeun desain beus pikeun ngatur langkung saé. kalenturan diperlukeun ku tungtung-palanggan.
Ngajalajah kamungkinan
Komposit terus nguji naha bahanna cocog pikeun aplikasi transportasi massal anyar.Di Inggris, ELG Carbon Fibre, anu khusus dina téknologi daur ulang sareng nganggo deui serat karbon, mingpin konsorsium perusahaan anu ngembangkeun bahan komposit anu hampang pikeun bogies dina mobil penumpang.Bogie ngadukung awak mobil, nungtun roda sareng ngajaga stabilitasna.Aranjeunna mantuan ngaronjatkeun kanyamanan numpak ku cara nyerep geter rail jeung ngaminimalkeun gaya centrifugal sakumaha karéta robah warna ka warna.
Salah sahiji tujuan proyék nyaéta pikeun ngahasilkeun bogie anu 50 persén langkung hampang tibatan bogie logam anu dibandingkeun."Lamun bogie nu torek, bakal ngabalukarkeun kirang ruksakna lagu, sarta alatan beban dina lagu bakal leuwih handap, waktos pangropéa jeung waragad perawatan bisa ngurangan," nyebutkeun Camille Seurat, insinyur ngembangkeun produk ELG.Tujuan tambahan nyaéta pikeun ngirangan gaya roda sisi-ka-rel ku 40% sareng nyayogikeun pangimeutan kaayaan hirupna.Dewan Kaamanan sareng Standar Rel nirlaba Inggris (RSSB) ngabiayaan proyék éta kalayan tujuan ngahasilkeun produk anu tiasa komersil.
Uji coba manufaktur éksténsif parantos dilakukeun sareng sajumlah panél tés parantos dilakukeun nganggo prepregs tina die pressing, layup baseuh konvensional, perfusi sareng autoclave.Kusabab produksi bogie bakal diwatesan, pausahaan milih epoxy prepreg kapok dina autoclaves salaku métode paling ongkos-éféktif konstruksi.
Prototipe bogie ukuran pinuh panjangna 8,8 kaki, rubak 6,7 kaki sareng jangkungna 2,8 kaki.Éta dijieun tina kombinasi serat karbon daur ulang (bantalan nonwoven disadiakeun ku ELG) jeung lawon serat karbon atah.Serat saarah bakal dianggo pikeun unsur kakuatan utama sareng bakal disimpen dina kapang nganggo téknologi robotic.Époksi anu gaduh sipat mékanis anu saé bakal dipilih, anu bakal janten époksi tahan seuneu anu nembé dirumuskeun anu parantos disertipikasi EN45545-2 pikeun dianggo dina karéta api.
Teu kawas bogies baja, nu dilas tina balok steering kana dua balok samping, bogie komposit bakal diwangun ku tops béda jeung handap nu lajeng ngagabung babarengan.Pikeun ngaganti bogie logam anu aya, versi komposit kedah ngagabungkeun gantung sareng kurung sambungan rem sareng asesoris sanésna dina posisi anu sami."Kanggo ayeuna, kami geus milih pikeun ngajaga fittings baja, tapi pikeun proyék-proyék salajengna, éta bisa jadi metot pikeun ngaganti fittings baja jeung fittings tipe komposit sangkan bisa salajengna ngurangan beurat final," ceuk Seurat.
Anggota konsorsium Sensors and Composites Group di Universitas Birmingham ngawaskeun pamekaran sénsor, anu bakal diintegrasikeun kana bogie komposit dina tahap manufaktur."Kaseueuran sensor bakal difokuskeun ngawaskeun galur dina titik diskrit dina bogie, sedengkeun anu sanésna pikeun sensing suhu," saur Seurat.Sénsor bakal ngamungkinkeun ngawaskeun struktur komposit sacara real-time, ngamungkinkeun data beban hirupna dikumpulkeun.Ieu bakal nyayogikeun inpormasi anu berharga ngeunaan beban puncak sareng kacapean jangka panjang.
Studi awal nunjukkeun yén bogies komposit kedah tiasa ngahontal pangurangan beurat anu dipikahoyong ku 50%.Tim proyék ngaharepkeun gaduh bogie ageung siap diuji ku pertengahan 2019.Upami prototipe ngalaksanakeun sapertos anu diharapkeun, aranjeunna bakal ngahasilkeun langkung seueur bogies pikeun nguji trem anu dilakukeun ku Alstom, perusahaan angkutan rel.
Numutkeun Seurat, sanajan aya kénéh loba karya kudu dipigawé, indikasi awal nunjukkeun yen mungkin pikeun ngawangun bogie komposit giat komersil anu bisa bersaing jeung bogie logam dina biaya jeung kakuatan."Teras kuring pikir aya seueur pilihan sareng aplikasi poténsial pikeun komposit dina industri karéta api," tambahna.(Artikel dicitak ulang tina Serat Karbon sareng Téknologi Kompositnya ku Dr. Qian Xin).
waktos pos: Mar-07-2023