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芳綸紙具有高強(qiáng)度、高絕緣等級(jí)、阻燃、耐高溫、抗 潮氣、耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)，可用做高速列車(chē)電機(jī)、變壓 器系統(tǒng)絕緣材料。相對(duì)于其他絕緣材料而言，芳綸紙極限氧指數(shù)>28，不會(huì)助燃、爆炸或燃燒，不會(huì)釋放有毒氣 體，提高了高速列車(chē)的安全性和穩(wěn)定性；芳綸紙的耐熱性高，可減少變壓器的冷卻空間，使得變壓器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸減??；芳綸紙具有優(yōu)異的抗潮氣性，可增加電氣設(shè)備的壽命。雖然國(guó)內(nèi)已有煙臺(tái)民士達(dá)、上海圣歐、 深圳龍邦等單位進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，但是受產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)能力的限制，國(guó)內(nèi)高端電氣絕緣市場(chǎng)依舊被杜邦公司所壟斷。

芳綸紙可廣泛地應(yīng)用于各種干式和油浸式變壓器 的絕緣部分，包括導(dǎo)線包紙、層絕緣、相絕緣、芯線絕 緣、線端絕緣、靜電環(huán)、撐條和墊塊等。芳綸紙和紙板也可以與Midel、R-Temp和硅樹(shù)脂 等耐高溫油一起使用形成耐高溫絕緣系統(tǒng)，這種絕緣 系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)牽引配套設(shè)備和路旁式配電變壓器中。美國(guó)高速列車(chē)“Acela Express”上使用了 Nomex絕緣系統(tǒng)變壓器，Nomex的應(yīng)用使得該列車(chē)的 變壓器體積減少了15%～20%，并且其維修工作量減少，使用安全性增加。

在牽引變壓器的制造過(guò)程中，部分采用芳綸絕緣 紙?zhí)娲胀ń^緣紙，可以降低變壓器的一個(gè)容量等級(jí)， 有效降低電氣設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本。北京交通大學(xué)的李強(qiáng)采用Nomex絕緣紙部分替代牽引變壓器的普通絕緣紙，可提高變壓器的過(guò)負(fù)載能力，減少基本容量費(fèi)的支出，降低了電氣化鐵道的運(yùn)營(yíng)成本。

混合絕緣指的是在變壓器線圈的高溫部分采用芳綸紙和紙板，而其他不太熱的部分采用纖維素紙，該技術(shù)目前已經(jīng)在歐洲、北美、澳大利亞等國(guó)使用。我國(guó)的成都鐵路供電系統(tǒng)，就是采用了一臺(tái)13.5 MV混合絕 緣整流變壓器取代原來(lái)的兩臺(tái)10 MV的常規(guī)整流變壓器，大大節(jié)省了成本。

電機(jī)

隨著我國(guó)鐵路電氣化及城市地鐵、輕軌的建設(shè)步伐加快，電機(jī)向高電壓等級(jí)、高功率、大容量、高性能等方向發(fā)展，使得間位芳綸絕緣紙的需求量激增。芳綸紙廣泛地應(yīng)用在發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中，其具體應(yīng)用包括做導(dǎo)線包紙、槽絕緣襯、楔塊中部和頂部的撐 條、相絕緣、極片和線圈支架、整流子V形環(huán)、引線絕緣和對(duì)地絕緣。

湘潭電機(jī)公司試制的高速電機(jī)中，用芳綸纖維-環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)，拉伸屈服極限為1498 MPa，能滿足電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，解決了傳統(tǒng)玻璃纖維轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)強(qiáng)度不夠的問(wèn)題。天津華之陽(yáng)特種電纜公司發(fā)明了一種封閉式電機(jī) 引接線，由金屬導(dǎo)體、內(nèi)編織層、外編織層及繞包層組 成，內(nèi)外編織層皆是芳綸，編織后的電機(jī)引線完全適合 在封閉式電機(jī)的高溫、高壓的制冷劑及潤(rùn)滑油的場(chǎng)合下應(yīng)用。

芳綸蜂窩在列車(chē)上的應(yīng)用

芳綸蜂窩是芳綸紙經(jīng)過(guò)涂膠、切紙、疊合、熱壓、拉 伸、浸膠、定型、片切等工序加工而成，采用一定工藝將碳纖維面板、玻璃纖維面板、鋁板等材料貼合在芳綸蜂窩表面可加工為各種芳綸蜂窩夾層材料。在國(guó)外，普通紙蜂窩、鋁蜂窩和Nomex蜂窩夾層結(jié)構(gòu)均應(yīng)用于鐵 道車(chē)輛，意大利的ETR-500、美國(guó)的BART地鐵及德國(guó)Thyseen磁懸浮列車(chē)均大量采用這種結(jié)構(gòu)。在國(guó)內(nèi)，最近也有一定數(shù)量的芳綸蜂窩夾層結(jié)構(gòu)開(kāi)始在鐵道車(chē)輛中得到批量應(yīng)用，在列車(chē)輕量化方面發(fā)揮重要作用。

芳綸蜂窩夾層材料性能

力學(xué)性能

圖1是芳綸蜂窩夾層材料與不同列車(chē)內(nèi)裝材料力學(xué)性能的對(duì)比。由圖可知，芳綸蜂窩夾層材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在密度相同情況下，其抗壓和抗剪能力明顯強(qiáng)于巴沙木、鋁蜂窩、聚氨酯泡沫及PVC泡沫。芳綸蜂窩夾芯材料實(shí)質(zhì)上采用的是“工字梁原理”，面板承受了全部的側(cè)向正應(yīng)力，而夾層結(jié)構(gòu)的夾芯承受了全部的剪切載荷。

阻燃性能

列車(chē)用內(nèi)飾材料必須具有阻燃及安全的特性，由于芳綸紙屬于難燃材料，浸酚醛膠后其極限氧指數(shù)> 28，因而可達(dá)到其他復(fù)合材料無(wú)法達(dá)到的阻燃性能。目前鋁蜂窩夾層材料要在面板上涂大量的膠水，燃燒試驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生翹曲變形。

耐久性

目前列車(chē)用玻璃鋼、膠合板及泡沫材料都會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生一定程度的老化、吸潮、開(kāi)裂、變形等問(wèn)題，且鋁蜂窩不耐鹽霧環(huán)境的腐蝕，采用芳綸蜂窩可有效解決這些問(wèn)題。

隔音性能

芳綸蜂窩本身具有高聚物的粘彈性，可吸收外界振動(dòng)能量，具備良好的隔音減振性能，這也是其他材料所不具備的，可用來(lái)制造列車(chē)上具有減振要求的零部件。據(jù)報(bào)道，航空用芳綸蜂窩地板相對(duì)于鋁蜂窩地板而言，可減少約6dB的噪聲。

高速列車(chē)輕量化

隨著高速列車(chē)的飛速發(fā)展，對(duì)列車(chē)輕量化提出了 迫切要求，列車(chē)輕量化可有效提高載重能力、降低軌道維修費(fèi)用、減少能耗和運(yùn)行成本。列車(chē)重量對(duì)于鋼軌、枕木、道渣等軌道結(jié)構(gòu)影響很大，車(chē)輛的輕量化可簡(jiǎn)化軌道結(jié)構(gòu)，從而能減少建設(shè)費(fèi)用。另外，通常由于高速化易引起軌道偏位，而車(chē)輛的輕量化，可減輕車(chē)輛對(duì)軌道的負(fù)荷，并且可減少鋼軌磨耗，從而能減輕軌道的維修。列車(chē)的阻力通常與列車(chē)重 量成正比，車(chē)輛的輕量化可大大地減少頻繁加速、減速的通勤電動(dòng)車(chē)組的動(dòng)力費(fèi)用，以及多坡道、多曲線的現(xiàn)有線上車(chē)輛的動(dòng)力費(fèi)用。最后，列車(chē)的輕量化可減少電 力設(shè)備的使用，降低列車(chē)通過(guò)時(shí)對(duì)地基的振動(dòng)，可有效節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。

目前新型軌道交通領(lǐng)域輕量化材料主要有蜂窩夾 層板、纖維增強(qiáng)塑料、金屬基復(fù)合材料、新型鋁合金等、材料的輕量化可帶來(lái)列車(chē)的輕量化。在列車(chē)輕量化同時(shí)要注意列車(chē)車(chē)體的剛度、隔熱、隔音等性能，因而芳 綸蜂窩夾層材料是軌道交通材料材料未來(lái)輕量化發(fā)展的趨勢(shì)。

芳綸蜂窩在列車(chē)上的應(yīng)用情況

用于制造列車(chē)非承力部件

一般車(chē)輛內(nèi)部配件最常用的復(fù)合材料，是由玻璃纖維和阻燃聚酯樹(shù)脂構(gòu)成。車(chē)窗內(nèi)飾板、水箱、小便池、 集便箱、車(chē)前頭蓋板等，都成功地用玻璃鋼制造過(guò)，其加工方法有冷壓、噴射和手糊，有采用無(wú)規(guī)則玻璃氈，也有采用半連續(xù)玻璃氈。由于芳綸蜂窩夾層板質(zhì)量輕且易加工，因而在列車(chē)的內(nèi)部設(shè)備及一些輔助件開(kāi)始采用。

意大利的ETR-500型列車(chē)，再次為這種復(fù)合材料 在現(xiàn)代高速列車(chē)上的應(yīng)用提供了一個(gè)極好的范例。該車(chē)所有的內(nèi)墻板、頂板及行李間全部由夾層板制造。這種夾層板結(jié)構(gòu)包括一個(gè)由Airex公司提供的Nomex 蜂窩芯和兩層玻璃纖維-酚醛層壓板，層壓板外表面涂一層Tedlar聚氟乙烯漆。Velaro E動(dòng)車(chē)組是西門(mén)子公 司為西班牙設(shè)計(jì)的高速動(dòng)車(chē)組，其車(chē)體的側(cè)墻及側(cè)頂 板也大量采用了芳綸蜂窩夾層材料。CRH5型動(dòng)車(chē)組技術(shù)引進(jìn)是以與ETR-500同系列 的SM3動(dòng)車(chē)組為原型，從而為鐵路客車(chē)內(nèi)部裝飾材料 的發(fā)展搭建了一個(gè)應(yīng)用Nomex蜂窩夾層材料的技術(shù) 平臺(tái)。CRH5型車(chē)客室墻板、頂板、車(chē)窗、行李架、客室 間壁、通過(guò)臺(tái)間壁、通過(guò)臺(tái)平頂板等均為Nomex蜂窩 夾層材料。CRH5型車(chē)上芳綸蜂窩取得突破性進(jìn)展主 要表現(xiàn)在如下兩方面：

1）制造了形狀復(fù)雜、制造公差和外觀質(zhì)量要求都非常高的內(nèi)側(cè)墻板，突破了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料只能應(yīng)用于制造平面結(jié)構(gòu)或只能在一個(gè) 方向折彎的零部件設(shè)計(jì)理念；

2）制造了有著較高承載和耐磨要求的行李架，突破了蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料不能應(yīng)用于制造車(chē)輛內(nèi)裝結(jié)構(gòu)重要受力構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，從而使其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到了一個(gè)新的領(lǐng)域。

用于制造列車(chē)承力部件

芳綸蜂窩還可應(yīng)用于制造高速列車(chē)的主承載件， 包括高速列車(chē)車(chē)頂、車(chē)體及司機(jī)室等部件。意大利 ETR500列車(chē)車(chē)頂用玻纖/碳纖維織物共同增強(qiáng)酚醛樹(shù) 脂預(yù)浸料制成夾芯結(jié)構(gòu)的面板，用厚度12.5 mm的 48 kg/m3芳綸纖蜂窩作為芯材，采用真空袋壓及熱壓罐成型工藝（熱壓罐壓力為0.25 MPa，固化溫度為 135℃），制備了滿足高速列車(chē)車(chē)頂彎曲剛度、阻燃及耐 環(huán)境老化性能、連接處疲勞壽命等要求的復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)車(chē)頂，質(zhì)量由原來(lái)的1080kg減少到512kg。為了提高佛羅里達(dá)州迪士尼樂(lè)園有軌車(chē)的載客容量，運(yùn)用多種復(fù)合材料對(duì)車(chē)體進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，所用復(fù)合材料包括蜂窩結(jié)構(gòu)、碳纖維和玻璃纖維以及環(huán)氧和 酚醛樹(shù)脂。與傳統(tǒng)的鋁制結(jié)構(gòu)相比，這種單軌車(chē)的車(chē)體自重減輕了40%以上。而且據(jù)估算，其造價(jià)比鋁的要便宜9%，這主要是由于工作量和邊角料都減少了。

來(lái)源:株洲時(shí)代

此文由中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)綜編，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流，引用請(qǐng)注明出處。