央視網訊息: 9月10日,由中國自主研發的首批碳纖維多載鐵路貨車,在黑龍江齊齊哈爾正進行最後的偵錯工作,即將下線。據了解,傳統鐵路貨車材質以鋼材和鋁合金為主,這次下線的鐵路貨車首次使用以碳纖維為主的新材料構成,具有自重降低、載重增加、容積增大等特性。
碳纖維:由絲束到板材的「神奇轉變」
碳纖維被譽為「新材料之王」,其外形呈纖維狀,柔軟,可加工成各種織物,套用範圍十分廣泛。碳纖維到底經過了怎樣的變化,才能夠制備成為堅硬耐用的鐵路貨車板材?
科研人員介紹,由碳纖維作為原材料,制備成鐵路貨車的碳纖維復合板材,這其中的關鍵環節之一就是浸漬。
科研人員透過對高分子樹脂進行改性,使其機械效能和環境適應力獲得顯著提升。改性後的高分子樹脂與碳纖維絲束透過浸漬工藝,形成碳纖維預浸料。
在掃描電鏡實驗室,透過掃描電鏡對材料進行納米尺度的拍照分析。
這種碳纖維板材就是用這種碳纖維絲束制成的,由絲到板的過程中,有一個角色功不可沒,那就是改良樹脂。螢幕上這些條狀和點狀的都是碳纖維絲,比如這個點狀的,每一個點都是一個碳纖維絲的橫截面,它的直徑只相當於一根頭發絲的1/10。這些大片的空白的區域都是填充了這種改性的樹脂,粘稠度和流動性直接決定了碳纖維板材的效能是否穩定。
透過掃描電鏡拍攝的是碳纖維復合材料的微觀結構,相當於給材料拍「X光」。在納米尺度範圍內,可以清晰看到頭發絲1/1000尺度的大小,科研人員以此檢查材料是否存在影響效能的「病竈」,為後續材料效能提升提供參考。
碳纖維板材的極限測試如何進行
為了測試碳纖維在鐵路貨車領域套用的安全性,記者與科研人員一起進行了一場碳纖維材料的「極限測試」。
這個像頭發絲一樣的就是碳纖維絲束。它可以代替鋼鐵等金屬材質,來制造鐵路貨運列車的車體板材。它究竟有多厲害,透過一組「極限測試」來感受一下。
這個噴火測試環節需要專業人員協助完成,噴槍火焰的溫度會達到1300攝氏度。經過一段時間的燃燒之後關掉噴槍,可以看到噴槍挪開之後,碳纖維板的火焰立刻熄滅,說明它的阻燃效能非常好。
這種碳纖維的鐵路貨車的車體板材,由於采用了特殊的結構設計,加上內部的填充物,使得它在水裏也能夠漂起來。
這個容器裏面裝的是液氮,溫度是零下196攝氏度。任何東西放在這裏邊,一分鐘就能把它凍透。現在把這個碳纖維板材拿出來,敲擊一下可以看到它的性狀沒有任何改變。
別小看這又輕又薄的一個板材,但是它的強度卻是鋼鐵的5倍以上,經過重錘的暴擊之後它沒有任何的變形和損傷。
在科研人員的幫助下,碳纖維復合材料車板透過了水、火、低溫、強度等一系列測試,各項效能優良。