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1、材料学在物流中的应用-复合材料在运输中的应用物流行业是一个复合型产业。物流行业是物流资源产业化而形成的一种复合型或聚合型产业，物流环节包括运输、仓储、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息平台等，其中运输又包括铁路、公路、水运、航空、管道等。对交通运输领域而言，复合材料是非常重要的轻量化材料。但复合材料为这个领域带来的益处远不止于此。复合材料是由基体材料(聚合物材料、金属、陶 瓷)和增强体(纤维、晶须、颗粒)复合而成的具有优异综合性能的新型材料,是本世纪中发展最迅速的 新材料之一。用复合材料做成的构件,质量小、强 度高、 刚性 大 , 是一种理想的结构材料。先进复合材料的相对质量密度在1.52
2、.0之 间,只有普通碳钢的 1/4 1/5,而机械强度却达到或超过普通碳钢的水平。复合材料可实现大幅减重，公共交通系统因此就能更快地加速，刹车的距离也能缩短，最终降低运转成本。复合材料在交通运输领域的需求与应用 在汽车工业中的应用 当今汽车材料技术发展的一个主要方向是使汽车轻量化，减轻汽车自身重量是降低汽车排放、提高燃油效率的最有效措施之一。汽车的自身重量每减少 10%，燃油的消耗可降低6%8%。除了高强度钢材和铝镁合金的使用，汽车轻量化最重要的手段是新型轻量化复合材料的开发与应用。多部件一体化是降低成本的有效途径。在中批量生产的车型中,用先进复合材料取代铝材可以降低成本 40%左右,从产品研
3、制到形成批量生产的开发周期也大大缩短。复合材料部件安装简便,可与钢制品一起进行高温烤漆,热膨胀系数近似于钢材,较容易与钢材组合使用;且与薄钢板相比,被物体碰撞后不易留下凹痕。为了增加运输乘客的能力,可使用不同的先进复合材料对车辆各部件重新设计,涉及到的材料包括碳纤维、玻璃纤维、环氧树脂和酚醛树脂等, 而用蜂窝、泡沫结构则比传统的铝结构质量减轻30%。而且复合材料具有高疲劳强度和低缺口敏感度,极大提高了安全性能。 在轨道交通领域的应用复合材料正成为越来越重要的一类材料，除用作内部设备和装饰材料外在承重结构上的应用也越来越广泛用复合材料做成的构件，重量轻、强度高、刚性大，是一种理想的构件。复合材料
4、产品制造工艺多数是近终形成型，制造出的产品，不需进行机械加工，生产效率高，制造成 本低。复合材料在轨道交通车辆中广泛应用，对减轻车厢 重量降低噪、振动提高安全性、舒适性减少维修等具有重要作用。车体是车辆的大型承载构件,在质量上占有很大比例,为达到轻量化的要求, 除了铝合金外,先进复合材料已成为车体的首选材料之一。 车体结构是保证安全、快速运送旅客所需空间的重要部件，必须达到以下性能和条件：足够的强度、高刚性；轻量化；不燃性；容易维修或不需维修；制造费用低；气密性高。德国Adtranz公司开发了一种命名为RegioShuttle的FRP和金属混合结构的客车车体。该车体采用钢型材做车身构架，用酚醛
5、FRP三明治夹芯板做车体板，车体板采用特殊的弹性粘合剂固定在钢结构框架上。 用FRP复合材料制造轨道的车体，能达到上述条件要求。其优点概括如下：（1）轻质高强、复合材料的密度在1.42.2g/cm3，它的密度仅是钢的1/41/5，而强度不减小；比强度为铝合金的2倍，是钢的4倍，符合轨道车辆轻量化的要求。（2）工艺简单，成本低，可一次成型。生产设备投资费用约为铝合金的1/301/40。（3）可设计性。为车体结构的优化设计提供了广阔自由度。（4）耐腐蚀，使用寿命长。它具有的耐酸、耐碱、耐大气腐蚀性，使用寿命超过不锈钢材料。（5）导热系数低，只有金属的1/1001/1000，是一种优良的绝热材料。它
6、的膨胀系数小，在有温度差下工作时所产生的热应力比金属小得多。此外，通过合理的选择和改性，能容易地达到轨道车辆的防火性能要求。（6）有抗磁、绝缘、隔音等多种性能。 复合材料货车车厢采用夹层复合材料结构制造，与金属相比，每个车厢能够降低的重量可以达到数百公斤至上吨。不仅大幅度降低空载能耗、提高运力，而且复合材料货车车厢能够提供更好的耐腐蚀性能。世界各国对高速轨道交通列车制动盘进行了大量的研究工作,其重点主要放在制动盘材料的选取上,法、德、日、英等国在这一领域走在世界前列。上述国家不仅对传统的摩擦制动材料进行了一系列的材料改进和优化工作,而且致力于开发新型材料,如 颗粒增强铝基复合材料和碳 /碳复合
7、材料,以减轻列车簧下重量,降低牵引功率损耗。德国铁路部门投巨资,由 KnoorBremse公司研制了高速列车用碳纤 维复合材料盘形制动器,日本、法国开发研制的碳纤维复合材料刹车片已成功应用于新干线和 TGV高速列车制动。有研究称,对于行驶时速在 250300km/h 间的高速列车,采用价格适中的陶瓷颗粒增强铝基 复合材料制作制动盘,不仅可以减轻列车自重,而且具有优良的制动性能。 交通运输领域最新应用复合材料板簧 能够大幅度降低重量 相比钢制板簧，减重可达到70%80% 更高的抗疲劳特性 更高的抗疲劳特性 疲劳寿命是钢制板簧的34倍 更高的安全特性 破坏时不会产生脆性断裂 综合成本及能耗都有大幅降低 复合材料已成为新材料领域的重要主导材料。与传统材料相比，复合材料具有可设计性强、比强度比模量高、 抗疲劳断裂性能好、 结构功能一体化等一系列优越性能， 是其他材料难以替代的 功能材料和结构材料，是发展现代工业、 国防和科学技术不可缺少的基础材料，也是新技术革命赖以发展的重要物质基础。交通运输是国民经济的命脉，世界各国都在不断提高和完善自身交通 运输的水平， 其中主要的途径之一就是要实现交通工具轻量化，增加复合材料部件， 特别是扩大 复合材料在该领域中的应用。
