復合材料將惠及交通運輸行業

　　將獨特材料引入金屬占統治地位的領域對復合材料行業來說是一個持續的挑戰。該材料固有的低密度一直是其好的賣點。
　　雖然復合材料已經成為性能的代名詞，但它優越的強度--重量比和部件結合能力，提供顯著減少的重量，才終使其性能優勢在特種車輛和系統中得到應用。
　　復合材料作為材料的一種，比任何傳統的工程材料都更加多樣化。而事實上，復合材料可以，并且應該是針對非常復雜的設計和制造的應用。
　　雖然這會讓很多人猶豫，但需要在各種運輸系統中提高工作效率的壓倒性的需求，已經使復合材料的應用慢慢地從小批量的航天領域發展到更大規模使用的汽車領域?？紤]到這一點，復合材料領域目前已經將目光牢牢地鎖定在鐵路行業。
　　由于英國正籌劃幾條鐵路項目，從高鐵2號到橫跨鐵路線，甚至是新的地鐵軌道車輛，正是探索復合材料潛在優勢的好時機.
　　尋找應用
　　盡管復合材料已經在鐵路行業得到了一些比較小眾的應用，近由英國復合材料發起的一項活動，“復合材料在鐵路基礎設施中的應用”，著手提高未來項目對其的興趣。
　　“我們從鐵路部門得到了很多對復合材料的關注，尤其是其滿足輕量化的需求，” 高價值彈射器零部件制造商，華威制造集團的材料和制造助理教授達倫 休斯說。 “一個項目開始尋求用復合材料制造輕質轉向架結構。橋梁是另一個潛在的領域，復合材料結構可以替代鋼，甚至鋁，但也有圍繞復合材料如何與其他材料配合，如何成型，如何制造，以及如何對其進行測試的問題，而且特別地，鐵路行業愿意以汽車行業相當的成本來生產。”
　　該活動主要是著手建立信心，通過消除關于它的成本和可制造性的很多誤解，使鐵路工程師及采購經理人愿意考慮復合材料。而一個關鍵的信息是復合材料的設計通常需要經驗，這意味著或許材料供應商與鐵路工程師通常需要建立更緊密的工作關系。
　　Fibre Content公司的工程總監朱利安 史密斯說：“有效地設計復合材料部件和結構可能比較困難，你可能會被這些特性難住，但你需要做好工程造價，從材料中獲得大的益處
　　所以，你需要巧妙地進行應用和涉及，選擇合適的纖維和樹脂是復雜的，可能使用不同的流程和工具。
　　“這是很專業的，但它不是一門魔術，它并不神秘或需要冒險，但它確實需要從航空航天和汽車工業早期采用者的工作收集來的經驗，如果你能正確地符合成本效益地設計它，使用低成本的工具并且具有良好的表面光潔度，而且你不必在每一個方向上具有相同的性能，如果你這樣做，其他的性能可能會有所削弱。
　　“鑒于英國擁有的復合材料基地，為鐵路行業提供工程和復合材料部件應該是沒有問題的。”
　　復合材料的重大抉擇關頭
　　在英國未來的軌道車輛和基礎設施建設正處于一個使用材料的重大抉擇關頭。鐵路部門真正關心的是輕量化，提高效，更好地利用更輕，更奇特的材料。鐵路部門知道它是材料技術落后于其他行業，希望在即將通過的項目中看到改善。
　　復合材料的應用可以有助于改善高速列車系統的空氣動力性能，并降低在較短距離具有多個車站的通勤列車加速和減速所需的能量。
　　其目的是為了幫助使整個系統更加經濟和有效，從向前運動所需要的能量，到減少軌道磨損和基礎設施的維護費用。
　　做到
　　復合材料在鐵路中的應用和任一行業一樣，并不僅僅是輕量化。從維護到運營成本的系統范圍內的利益都必須進行評估和平衡。
　　“鐵路行業有對良好的抗抗疲勞性能，低整體維護，防火性更好，以及更好的聲學性能的需求，” STRUCTeam技術經理Chris Monk說。“所以，你可以很快看到復合材料是一個非常不錯的選擇。”
　　“如果你看一下率先應用的航空航天和汽車業，他們已經表明，可以從傳統的金屬結構轉變到復合材料的應用，所以顯然這是可以做到的。”
　　當然也有準入門檻，一個實際上比較抽象的門檻，就是認清復合材料能夠提供的商業建議。但是，說服那么掌握錢袋的人遠不是那么簡單的。
　　例如，風力渦輪機行業正在從玻璃纖維轉向碳纖維來制作葉片。從項目管理的角度來看，這增加了成本。然而，在葉片重量的減少降低了塔結構的成本，使得葉片可以做的更大，產生更多的能量，并且作為一個系統降低了實施，操作和維護成本。
　　“對于鐵路部門來說，看清價值鏈，并搞清楚到底帶來了什么好處是比較困難的，” Monk說。 “目前的特許經營模式將使前期投資在復合材料結構的投資人和組織并不總是能在生命周期中獲得更高的回報。”
　　確定商業案例與確定零部件是密切相關的，復合材料做出的部件，甚至是系統都是有利的。
　　復合材料不是十全十美的
　　如同任何材料一樣，合成材料具有自己的優點和缺點，必須在選材過程中加以考慮。
　　這些更輕的材料往往不如鋼或鋁一樣堅韌，特別是有關撞擊損壞，以及不能適用于過于復雜的關節部位。雖然它們可以完成工作，但有時其他材料可能更適合。因此，確定那些零部件能從復合材料的性能里受益大是非常關鍵的。
　　“但是，這并不總是簡單地說是或不是，”Monk說。 “有時你需要一定程度的經驗來進行評估。
　　“這些材料都非?？烧{，這就擁有了商業基礎，例如，你有等級較低的玻璃纖維與聚酯樹脂，昂貴的碳纖維預浸料環氧樹，都使用在海洋產業中，只是為了不同的應用，所以你需要獲得對性價比的平衡。
　　“并且相對于傳統金屬結構來說，它們的生命周期成本分析可以說是相當不同的，這是鐵路行業的采購部門需要認識到的，這樣他們就可以看到以后的好處。”
　　對于鐵路行業的挑戰是比較缺乏復合材料部件的設計和制造經驗，所以提前要經過嚴格的學習。然而，可以從航空航天和汽車行業學到許多重要的經驗教訓，他們提高對這種材料應用的過程絕不是一帆風順的。鐵路工程師必須虛心從這些仍然在攻克新的技術挑戰的，但是從復合應用中得到真正的實惠的早期采用者那學習。
　　“供應鏈已經準備好了，”Monk說。 “復合材料多年來一直在摩拳擦掌，它已經準備好了應用于汽車和航空航天行業，并且它已經準備好了應用于鐵路行業，但需要有一些很好的交流和務實的態度來辨別這些應用，并將其應用在鐵路行業中。”
　　不只是適用英國的輕軌
　　許多與列車制造相關的大型原始設備制造商，包括西門子和龐巴迪，正在采用復合材料，并且還有正在進行中的重大項目正在尋找鐵路系統的未來，比如Revolution VLR，一家英國公司組成的財團，希望開發出下一代技術。
　　但并不僅僅是英國著眼于未來。德國的福伊特近強調了復合材料的一些潛在應用，從驅動元件，連接器和服務理念，到他輕量級的解決方案，其中包括德國ICX高速列車的新的模塊化的前鼻。
　　將之前一直由鋼制成的替換，可以幫助減少燃料消耗，使車軸載荷和軌道磨損小化，并且實際上可以增加容量。前部結構也可以制成單件，從而幫助減少制造和裝配時間，以及提高空氣動力學性能。
　　另一個例子是由玻璃纖維增強塑料（GFRP）制成的能量吸收器，其重量只有標準鋼吸收器的三分之一。除了它的纖維復合材料的碰撞管，該吸收器還包括一個軸承和一個防爬板，兩者都由鋁制成。這些組件變現的非常長壽，他們提供持續的能量吸收性能，即使是在吸收遭遇抵消時。體重70-95公斤，實現了比標準的鋼吸收器的重量減少60％。
　　適配器耦合器也已得到確定。其主要應用于故障列車的牽引操作，并且每列車必須裝載至少一個。福伊特開發的CFRP（碳纖維增強塑料）適配器耦合器極其緊湊，并且只有23公斤的總重量。
　　當兩個人需要在火車上適用適配器連接器時，只需要一個人就可以攜帶并安裝。市場上臺試驗品的測試已圓滿完成。
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