◎本報(bào)記者 李 禾

可再生輕質(zhì)阻尼減震復(fù)合材料具有原材料來源廣泛、可再生、無污染、密度小、質(zhì)量輕、耐疲勞、抗沖擊，以及減振隔音效果和防火阻燃性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，符合軌道交通車輛底板的綜合性能要求，未來可在高鐵、地鐵、公交等車廂上大顯身手，進(jìn)行大面積推廣。

當(dāng)前，世界上高速鐵路正快速發(fā)展，但隨著高鐵列車速度的不斷提高，由金屬材料制造的傳統(tǒng)列車面臨振動(dòng)強(qiáng)、阻力大、噪聲高等問題。特別是在包括高原、沙漠在內(nèi)的高溫、高寒、高海拔等復(fù)雜多變的環(huán)境里，現(xiàn)有金屬材料暴露出減震隔音性能差、能耗高等問題。

近日，國際竹藤中心科研團(tuán)隊(duì)和福建和其昌竹業(yè)股份有限公司，在仿生竹材強(qiáng)韌性能開發(fā)可再生輕質(zhì)減震型軌道交通車輛底板材料方面取得重要進(jìn)展。受竹子的生物結(jié)構(gòu)啟發(fā)，他們提出了輕質(zhì)減震型軌道交通車輛底板的層積結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，仿生制備出具有類似竹材壁層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。這種利用竹材、木材等天然綠色材料制備而成的可再生輕質(zhì)阻尼減震復(fù)合材料，具有輕質(zhì)減震、阻燃、耐疲勞和抗沖擊等特點(diǎn)，成為高鐵等軌道交通車輛底板用材的重要研發(fā)方向。

“目前，時(shí)速為250公里的高鐵列車，車輛底板材料多使用碳素鋼和不銹鋼，但是這兩種材料密度大，導(dǎo)致車廂偏重、耗能偏大，且容易受環(huán)境腐蝕，設(shè)計(jì)時(shí)需要留出較高的腐蝕余量。時(shí)速為350公里的高鐵列車，車輛底板材料多使用鋁合金和碳纖維復(fù)合材料，這兩種材料密度較小、耗能小、延展性好、耐腐蝕，但價(jià)格昂貴。”國際竹藤中心博士研究生韓善宇說，上述金屬材料均屬于不可再生材料，減震隔音性能差。

竹子是一種天然的纖維增強(qiáng)生物質(zhì)復(fù)合材料，經(jīng)過千百萬年的自然進(jìn)化形成了精巧有序的梯度層積和多孔隙結(jié)構(gòu)、多層級(jí)界面。梯度層積結(jié)構(gòu)是指竹竿中纖維分布密度，沿著竹壁自表皮向內(nèi)層遞減，因此竹材的力學(xué)性能也是逐漸變化的，呈現(xiàn)出明顯的功能梯度特性，加上竹材結(jié)構(gòu)是由纖維—纖維、纖維—薄壁細(xì)胞、薄壁細(xì)胞—薄壁細(xì)胞等多項(xiàng)界面組成的，使其具有天然的強(qiáng)韌性能和阻尼性能。

國際竹藤中心副研究員陳復(fù)明說，他們模仿天然竹材的結(jié)構(gòu)和功能，將幾種容易獲取的材質(zhì)輕軟的速生人工林木材單板與廢棄橡膠單板層積熱壓復(fù)合，然后將高強(qiáng)度、高硬度，且具有多孔結(jié)構(gòu)特征的竹炭塑板置于表層，進(jìn)行二次冷壓復(fù)合成型，得到類似于竹子的、具有梯度層積結(jié)構(gòu)、多孔隙結(jié)構(gòu)和多層級(jí)界面特性的可再生輕質(zhì)阻尼減震復(fù)合材料。阻尼有助于減小材料結(jié)構(gòu)的共振振幅，可避免因動(dòng)應(yīng)力達(dá)到極限而造成結(jié)構(gòu)破壞，使材料可以快速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，并降低噪聲等。

該復(fù)合材料具有原材料來源廣泛、可再生、無污染、密度小、質(zhì)量輕、耐疲勞、抗沖擊，以及減振隔音效果和防火阻燃性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，符合軌道交通車輛底板的綜合性能要求。

國際竹藤中心研究員王戈說，一般的竹木質(zhì)結(jié)構(gòu)材料經(jīng)常應(yīng)用于建筑、裝飾裝修和家具領(lǐng)域，較少應(yīng)用在高鐵上。如今通過研究創(chuàng)新，第一批具有輕量化、高強(qiáng)度、高耐候的可再生輕質(zhì)阻尼減震復(fù)合材料產(chǎn)品已成功應(yīng)用于部分時(shí)速350公里的高鐵車廂底板上，未來可在高鐵、地鐵、公交等車廂上大顯身手，進(jìn)行大面積推廣。