Переход на безопасные возобновляемые источники энергии требует новых решений. Электрические двигатели — одни из самых экологичных. Но мощности батарей оказывается недостаточно, чтобы перемещать тяжелые автомобили или поезда на большие расстояния. Ученые постепенно повышают емкость аккумуляторов. Но одновременно нужно понижать и вес крупных транспортных средств.
Это вторая часть из цикла #углеводороды
Первая часть здесь
Какое-то время широкое применение углеродного пластика сдерживала его и потенциально опасная для экологии утилизация. Но ученые решили и эту проблему (см. справку). После этого производители начали применять армированный углеродным волокном пластик для более крупных компонентов.
Этим летом в китайской компании CRRC Qingdao Sifang завершили тестирование шестивагонного состава метрополитена нового поколения. Поезд оснащен электродвигателем на магнитах. В нем презентовано множество передовых digital-технологий по энергосбережению, сенсорному оснащению окон, погашению вибрации, звукоизоляции и прочие.
Но главной изюминкой проекта стало использование при создании корпуса углеродного волокна, которое позволит сделать составы легче на 13%. Композитный пластик применили в основной несущей конструкции поезда. Среди них — кузов, рама вагонной тележки и кабина. Последняя на 90% создана из материала на базе углеродного волокна. Она легче обычной более чем на 30%. Рама вагонной тележки также потеряла в весе по отношению к конкурентам 40%.
Производитель надеется, что, хотя представленная модель и стоит дороже традиционных электропоездов, сэкономить удастся на последующем техническом обслуживании. Новый материал более устойчив к атмосферным явлениям и коррозии. Ему не страшны перепады температур и влажность.
Вагонная тележка из углеродного пластика, в свою очередь, улучшает проходимость поездов, позволяет лучше адаптироваться к поворотам. Кроме того, значительно снижаются износ колес и затраты на техническое обслуживание. Предельная заявленная скорость поезда — 140 км/ч. У конкурирующих моделей метро она составляет порядка 80 км/ч.
Весьма вероятно, что примеру CRRC Qingdao Sifang скоро начнут следовать и другие производители. В этом году в Великобритании на завершающую стадию вышел проект создания вагонной тележки из углеродного волокна CaFiBo, финансируемый RSSB (Советом по стандартам безопасности железнодорожных перевозок). Прототип уже создан и прошел испытания в Институте железнодорожных исследований (IRR) Хаддерсфилда.
Тесты подтвердили высокую маневренность образца. Другой плюс конструкции — снижение нагрузки на железнодорожное полотно при эксплуатации таких тележек до 40%, что ведет к снижению затрат на ремонт как самого поезда, так и инфраструктуры.
Вскоре может быть принято решение о начале серийного производства данных вагонных тележек. Для оптимизации стоимости изделий будет использоваться переработанное углеродное волокно.
Долгое время широкое применение углепластика сдерживала не только дороговизна материала, но и сложность утилизации. Полимерную матрицу, которую используют для удержания углеродных волокон, не получается сжечь или переплавить. Как следствие, этот материал невозможно переработать так же просто, как алюминий или сталь.
Поиск эффективного решения шел несколько десятилетий. В 2011 году в компании TREK презентовали новый подход. Поступающие на переработку полотна материала резали на небольшие части, а потом переплавляли их в бескислородной среде для освобождения волокон. Предложенный способ оказался эффективным технически, но недопустимо дорогим для массового применения.
Однако еще спустя несколько лет в институте джорджии (США) представили способ, существенно удешевляющий утилизацию углеродного волокна, сформированного при помощи эпоксидной смолы. Для реакции использовали спирт, который растворяет материал. Решение не только снизило стоимость утилизации. Оказалось, что полученное в результате такого ресайклинга углеродное волокно дешевле, чем новое.
Более того, нельзя исключать, что еще через несколько лет получит признание и углепластик с более широким функционалом. Так, шведские ученые из Технического университета Чалмерса изучили микроструктуру различных типов углеродных волокон и обнаружили, что некоторые из них — с маленькими и плохо ориентированными кристаллами — обладают хорошими электрохимическими свойствами, но относительно низкой жесткостью. На их базе удалось создать материал, который обладает высокой аккумулирующей способностью. То есть он работает как электроды батареи, напрямую накапливая кинетическую энергию.
Правда, такие углепластики уступают обычным по техническим характеристикам: они менее жесткие. Производителям для сохранения надежности придется увеличивать толщину материала, а значит, и вес детали. Впрочем, этим углепластиком уже заинтересовались инженеры Lamborghini, отвечающие за разработку электрокара Terzo Millennio.
КОРОТКО
- В Китае представили первый поезд, созданный из пластика, армированного углеродным волокном.
- Предельная заявленная скорость поезда CRRC — 140 км/ч. У конкурирующих моделей она составляет порядка 80 км/ч.
- Углеродное волокно — главный наполнитель углепластика. Его достоинства — теплостойкость, прочность и легкость.
- Углеродное волокно используется для изготовления крыльев и других элементов фюзеляжа Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350.
- В автопроме углеродно-усиленный пластик применяют для замены металлических элементов в моделях премиумного сегмента.
____________________
Будем рады вашему вниманию через лайк и комментарии 🤗
А еще приходите в гости к нам наш сайт - TRAIN AND BRAIN