วัสดุคอมโพสิตจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังเข้าสู่ระบบรางและระบบขนส่งมวลชน

นอกจากนี้ ผู้ให้บริการรถโดยสารประจำทาง รถไฟใต้ดิน และรถไฟเริ่มตระหนักถึงข้อดีของวัสดุคอมโพสิตในการลดการสั่นสะเทือนและเสียงขรมที่มีเสียงดัง“ถ้าคุณเคยอยู่บนรถไฟใต้ดินแล้วได้ยินเสียงแผ่นโลหะดังลั่น” เดวิสกล่าวหากแผงทำจากวัสดุคอมโพสิต มันจะปิดเสียงและทำให้รถไฟเงียบขึ้น”

น้ำหนักที่เบากว่าของคอมโพสิตยังทำให้น่าสนใจสำหรับผู้ประกอบการรถโดยสารที่สนใจลดการใช้เชื้อเพลิงและขยายขอบเขตการใช้งานในรายงานเดือนกันยายน 2561 บริษัทวิจัยตลาด Lucintel คาดการณ์ว่าตลาดทั่วโลกสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่ใช้ในการขนส่งมวลชนและยานพาหนะออฟโรดจะเติบโตในอัตราร้อยละ 4.6 ต่อปีระหว่างปี 2561 ถึง 2566 โดยมีมูลค่าที่เป็นไปได้ 1 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2566 โอกาสจะมาจากการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงชิ้นส่วนภายนอก ภายใน ฝากระโปรงและระบบส่งกำลัง และอุปกรณ์ไฟฟ้า

ขณะนี้ Norplex-Micarta ผลิตชิ้นส่วนใหม่ที่กำลังทดสอบบนเส้นทางรถไฟฟ้ารางเบาในสหรัฐอเมริกานอกจากนี้ บริษัทยังคงมุ่งเน้นไปที่ระบบไฟฟ้าด้วยวัสดุเส้นใยต่อเนื่อง และผสมผสานเข้ากับระบบเรซินที่บ่มเร็วขึ้น"คุณสามารถลดต้นทุน เพิ่มการผลิต และนำฟังก์ชันการทำงานเต็มรูปแบบของ FST phenolic ออกสู่ตลาด" Davis อธิบายแม้ว่าวัสดุคอมโพสิตอาจมีราคาแพงกว่าชิ้นส่วนโลหะที่คล้ายคลึงกัน แต่ Davis กล่าวว่าต้นทุนไม่ใช่ปัจจัยกำหนดการใช้งานที่พวกเขากำลังศึกษาอยู่

แสงและสารหน่วงไฟ
การปรับปรุงขบวนรถ ICE-3 Express ของ Duetsche Bahn จำนวน 66 คันของบริษัทผู้ให้บริการรถไฟยุโรปของ Duetsche Bahn เป็นหนึ่งในความสามารถของวัสดุคอมโพสิตในการตอบสนองความต้องการเฉพาะของลูกค้าระบบปรับอากาศ ระบบความบันเทิงสำหรับผู้โดยสาร และที่นั่งใหม่เพิ่มน้ำหนักที่ไม่จำเป็นให้กับรถราง ICE-3นอกจากนี้พื้นไม้อัดแบบเดิมไม่เป็นไปตามมาตรฐานอัคคีภัยใหม่ของยุโรปบริษัทต้องการโซลูชั่นปูพื้นเพื่อช่วยลดน้ำหนักและได้มาตรฐานการป้องกันอัคคีภัยพื้นคอมโพสิตน้ำหนักเบาคือคำตอบ

Saertex ผู้ผลิตผ้าคอมโพสิตในประเทศเยอรมนี นำเสนอระบบวัสดุ LEO® สำหรับวัสดุปูพื้นDaniel Stumpp หัวหน้าฝ่ายการตลาดระดับโลกของ Saertex Group กล่าวว่า LEO เป็นผ้าที่มีลักษณะเป็นชั้นๆ และไม่จีบ ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลสูงกว่าและมีน้ำหนักเบากว่าผ้าทอระบบคอมโพสิตสี่องค์ประกอบประกอบด้วยสารเคลือบทนไฟพิเศษ วัสดุเสริมไฟเบอร์กลาส SAERfoam® (วัสดุหลักที่มีสะพานไฟเบอร์กลาส 3 มิติในตัว) และเรซินไวนิลเอสเตอร์ LEO

SMT (ซึ่งมีฐานอยู่ในประเทศเยอรมนี) ซึ่งเป็นผู้ผลิตวัสดุคอมโพสิต ได้สร้างพื้นผ่านกระบวนการเติมสูญญากาศโดยใช้ถุงสูญญากาศซิลิกอนที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งผลิตโดย Alan Harper บริษัทในอังกฤษ“เราลดน้ำหนักได้ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์จากไม้อัดรุ่นก่อน” Stumpp กล่าว"ระบบ LEO ใช้ไฟเบอร์ลามิเนตแบบต่อเนื่องพร้อมระบบเรซินแบบไม่เติมซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม... นอกจากนี้ คอมโพสิตไม่เน่าเปื่อยซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีหิมะตกในฤดูหนาวและ พื้นเปียก"พื้น พรมด้านบน และวัสดุยางล้วนเป็นไปตามมาตรฐานสารหน่วงการติดไฟใหม่

SMT ได้ผลิตแผงมากกว่า 32,000 ตารางฟุต ซึ่งได้รับการติดตั้งในรถไฟ ICE-3 ประมาณหนึ่งในสามจากทั้งหมดแปดขบวนจนถึงปัจจุบันในระหว่างกระบวนการตกแต่งใหม่ ขนาดของแต่ละแผงจะถูกปรับให้เหมาะสมกับรถยนต์แต่ละคันผู้ผลิตรถยนต์ซีดาน ICE-3 รู้สึกประทับใจกับพื้นคอมโพสิตแบบใหม่ จนได้สั่งซื้อหลังคาคอมโพสิตเพื่อทดแทนโครงสร้างหลังคาโลหะเก่าในรถรางบางส่วน

ก้าวต่อไป
Proterra ผู้ออกแบบและผู้ผลิตรถโดยสารไฟฟ้าไร้มลพิษจากแคลิฟอร์เนีย ได้ใช้วัสดุคอมโพสิตในทุกส่วนของร่างกายมาตั้งแต่ปี 2552 ในปี 2560 บริษัทได้สร้างสถิติด้วยการขับรถเที่ยวเดียว 1,100 ไมล์ด้วย Catalyst ที่ชาร์จแบตเตอรี่ ®E2 บัสรถบัสดังกล่าวมีตัวถังน้ำหนักเบาที่ผลิตโดยผู้ผลิตคอมโพสิต TPI Composite

* เมื่อเร็วๆ นี้ TPI ร่วมมือกับ Proterra เพื่อผลิตรถบัสไฟฟ้าคอมโพสิตแบบครบวงจรครบวงจร"ในรถบัสหรือรถบรรทุกทั่วไป จะมีแชสซี และตัวถังก็วางอยู่บนแชสซีนั้น" Todd Altman ผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดเชิงกลยุทธ์ของ TPI อธิบายด้วยการออกแบบเปลือกแข็งของรถบัส เราได้รวมแชสซีและตัวถังเข้าด้วยกัน คล้ายกับการออกแบบของรถยนต์ออลอินวัน" โครงสร้างเดียวมีประสิทธิภาพมากกว่าโครงสร้างที่แยกจากกันสองโครงสร้างในการตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพ
ตัวถังชั้นเดียวของ Proterra สร้างขึ้นโดยเฉพาะ ออกแบบตั้งแต่เริ่มต้นให้เป็นรถยนต์ไฟฟ้านั่นเป็นความแตกต่างที่สำคัญ Altman กล่าว เนื่องจากประสบการณ์ของผู้ผลิตรถยนต์และผู้ผลิตรถบัสไฟฟ้าหลายรายคือการพยายามจำกัดการออกแบบแบบดั้งเดิมสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในให้เข้ากับรถยนต์ไฟฟ้า"พวกเขากำลังใช้แพลตฟอร์มที่มีอยู่และพยายามบรรจุแบตเตอรี่ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ มันไม่ได้เสนอทางออกที่ดีที่สุดจากทุกมุมมอง""อัลท์แมนกล่าว
ตัวอย่างเช่น รถโดยสารไฟฟ้าจำนวนมากมีแบตเตอรี่อยู่ที่ด้านหลังหรือด้านบนของตัวรถแต่สำหรับ Proterra นั้น TPI สามารถติดตั้งแบตเตอรี่ไว้ใต้รถบัสได้“หากคุณเพิ่มน้ำหนักให้กับโครงสร้างของยานพาหนะ คุณต้องการให้น้ำหนักนั้นเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทั้งจากมุมมองด้านสมรรถนะและจากมุมมองด้านความปลอดภัย” อัลท์แมนกล่าวเขาตั้งข้อสังเกตว่าผู้ผลิตรถบัสและรถยนต์ไฟฟ้าหลายรายกำลังกลับมาใช้กระดานวาดภาพเพื่อพัฒนาการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและตรงเป้าหมายสำหรับยานพาหนะของตนมากขึ้น

TPI ได้ทำข้อตกลงระยะเวลา 5 ปีกับ Proterra เพื่อผลิตตัวรถบัสคอมโพสิตจำนวน 3,350 ตัวที่โรงงานของ TPI ในรัฐไอโอวาและโรดไอส์แลนด์

จำเป็นต้องปรับแต่ง
การออกแบบตัวบัส Catalyst ต้องการให้ TPI และ Proterra สร้างสมดุลระหว่างจุดแข็งและจุดอ่อนของวัสดุที่แตกต่างกันทั้งหมดอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านต้นทุนในขณะที่บรรลุประสิทธิภาพสูงสุดอัลท์แมนตั้งข้อสังเกตว่าประสบการณ์ของ TPI ในการผลิตใบพัดลมขนาดใหญ่ที่มีความยาวประมาณ 200 ฟุตและหนัก 25,000 ปอนด์ ทำให้เป็นเรื่องง่ายสำหรับพวกเขาในการผลิตตัวรถบัสขนาด 40 ฟุตที่มีน้ำหนักระหว่าง 6,000 ถึง 10,000 ปอนด์

ทีพีไอสามารถได้ความแข็งแรงของโครงสร้างที่ต้องการโดยเลือกใช้คาร์บอนไฟเบอร์และคงไว้เพื่อเสริมกำลังบริเวณที่รับน้ำหนักมากที่สุด“เราใช้คาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งคุณสามารถซื้อรถยนต์ได้” อัลท์แมนกล่าวโดยรวมแล้ว คาร์บอนไฟเบอร์คิดเป็นไม่ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ของวัสดุเสริมแรงแบบคอมโพสิตของตัวถัง ส่วนที่เหลือเป็นไฟเบอร์กลาส

TPI เลือกเรซินไวนิลเอสเตอร์ด้วยเหตุผลที่คล้ายกัน“เมื่อเราดูอีพอกซี พวกมันเยี่ยมยอด แต่เมื่อคุณรักษาพวกมันได้ คุณจะต้องเพิ่มอุณหภูมิ ดังนั้นคุณจึงต้องทำให้แม่พิมพ์ร้อนขึ้น มันเป็นค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม” เขากล่าวต่อ

บริษัทใช้การขึ้นรูปแบบเรซินช่วยด้วยสุญญากาศ (VARTM) ในการผลิตโครงสร้างแซนวิชคอมโพสิตที่ให้ความแข็งที่จำเป็นแก่เปลือกชั้นเดียวในระหว่างกระบวนการผลิต อุปกรณ์โลหะบางชนิด (เช่น อุปกรณ์เกลียวและแผ่นต๊าป) จะถูกรวมเข้ากับตัวเครื่องรถบัสแบ่งออกเป็นส่วนบนและส่วนล่างซึ่งจากนั้นจะติดกาวเข้าด้วยกันต่อมาคนงานต้องเพิ่มการตกแต่งแบบคอมโพสิตเล็กๆ เช่น แฟริ่ง แต่จำนวนชิ้นส่วนเป็นเพียงเศษเสี้ยวของบัสโลหะ

หลังจากส่งตัวถังที่เสร็จแล้วไปยังโรงงานผลิตรถบัส Proterra แล้ว สายการผลิตจะไหลเร็วขึ้นเนื่องจากมีงานที่ต้องทำน้อยลง“พวกเขาไม่จำเป็นต้องทำการเชื่อม การบด และการผลิตทั้งหมด และพวกเขามีอินเทอร์เฟซที่เรียบง่ายในการเชื่อมต่อตัวถังเข้ากับระบบขับเคลื่อน” อัลท์แมนกล่าวเสริมProterra ช่วยประหยัดเวลาและลดค่าใช้จ่ายเนื่องจากต้องใช้พื้นที่การผลิตน้อยลงสำหรับเปลือกแบบ monocotic

อัลท์แมนเชื่อว่าความต้องการตัวรถบัสคอมโพสิตจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากเมืองต่างๆ หันมาใช้รถโดยสารไฟฟ้าเพื่อลดมลพิษและลดค่าใช้จ่ายจากข้อมูลของ Proterra รถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่มีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานต่ำที่สุด (12 ปี) เมื่อเทียบกับดีเซล ก๊าซธรรมชาติอัด หรือรถโดยสารดีเซลไฮบริดนั่นอาจเป็นเหตุผลหนึ่งที่ Proterra กล่าวว่ายอดขายรถโดยสารไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่คิดเป็น 10% ของตลาดการขนส่งทั้งหมด

ยังคงมีอุปสรรคบางประการต่อการประยุกต์ใช้วัสดุคอมโพสิตในตัวถังรถโดยสารไฟฟ้าในวงกว้างหนึ่งคือความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านความต้องการของลูกค้ารถบัสที่แตกต่างกัน“หน่วยงานขนส่งทุกแห่งชอบที่จะขึ้นรถบัสด้วยวิธีที่แตกต่างกัน เช่น การจัดที่นั่ง การเปิดประตู ถือเป็นความท้าทายครั้งใหญ่สำหรับผู้ผลิตรถบัส และองค์ประกอบการกำหนดค่าต่างๆ มากมายอาจตกเป็นเหยื่อของเรา”“Altman กล่าว “ผู้ผลิตตัวถังแบบครบวงจรต้องการโครงสร้างที่เป็นมาตรฐาน แต่หากลูกค้าทุกรายต้องการการปรับแต่งในระดับสูง คงเป็นเรื่องยากที่จะทำแบบนั้น” TPI ยังคงทำงานร่วมกับ Proterra เพื่อปรับปรุงการออกแบบรถบัสเพื่อการจัดการที่ดียิ่งขึ้น ความยืดหยุ่นที่ลูกค้าปลายทางต้องการ

สำรวจความเป็นไปได้
คอมโพสิตกำลังทดสอบอย่างต่อเนื่องว่าวัสดุของมันเหมาะสมกับการใช้งานระบบขนส่งมวลชนแบบใหม่หรือไม่ในสหราชอาณาจักร ELG Carbon Fibre ซึ่งเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีสำหรับการรีไซเคิลและการนำคาร์บอนไฟเบอร์กลับมาใช้ใหม่ เป็นผู้นำกลุ่มบริษัทต่างๆ ในการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบาสำหรับโบกี้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลโบกี้รองรับตัวรถ นำทางชุดล้อ และรักษาเสถียรภาพของรถช่วยปรับปรุงความสะดวกสบายในการขับขี่โดยการดูดซับแรงสั่นสะเทือนของรางและลดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ในขณะที่รถไฟหมุน

เป้าหมายหนึ่งของโครงการนี้คือการผลิตโบกี้ที่เบากว่าโบกี้โลหะที่เทียบเคียงได้ 50 เปอร์เซ็นต์"หากโบกี้เบาลง ก็จะสร้างความเสียหายให้กับสนามแข่งน้อยลง และเนื่องจากภาระบนสนามแข่งจะลดลง ระยะเวลาในการบำรุงรักษาและค่าบำรุงรักษาจึงลดลง" Camille Seurat วิศวกรฝ่ายพัฒนาผลิตภัณฑ์ ELG กล่าววัตถุประสงค์เพิ่มเติมคือการลดแรงจากด้านข้างถึงรางลง 40% และจัดให้มีการตรวจสอบสภาพตลอดอายุการใช้งานคณะกรรมการมาตรฐานและความปลอดภัยทางรถไฟ (RSSB) ที่ไม่แสวงหาผลกำไรของสหราชอาณาจักรให้ทุนสนับสนุนโครงการนี้โดยมีเป้าหมายเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่นำไปใช้ได้ในเชิงพาณิชย์

มีการทดลองการผลิตอย่างกว้างขวาง และมีแผงทดสอบจำนวนหนึ่งที่ทำขึ้นโดยใช้พรีเพกจากการอัดแม่พิมพ์ การวางแบบเปียกแบบธรรมดา การกำซาบ และหม้อนึ่งความดันเนื่องจากการผลิตขนหัวลุกจะถูกจำกัด บริษัทจึงเลือกอีพ็อกซี่พรีเพกที่บ่มในหม้อนึ่งความดันเป็นวิธีการก่อสร้างที่คุ้มค่าที่สุด

โบกี้ต้นแบบขนาดเต็มมีความยาว 8.8 ฟุต กว้าง 6.7 ฟุต และสูง 2.8 ฟุตผลิตจากส่วนผสมของคาร์บอนไฟเบอร์รีไซเคิล (แผ่นรองนอนวูฟเวนจาก ELG) และผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ดิบเส้นใยแบบทางเดียวจะถูกนำมาใช้เป็นองค์ประกอบความแข็งแรงหลัก และจะถูกใส่ลงในแม่พิมพ์โดยใช้เทคโนโลยีหุ่นยนต์เราจะเลือกอีพ็อกซี่ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดี ซึ่งจะเป็นอีพ็อกซี่ทนไฟสูตรใหม่ที่ได้รับการรับรอง EN45545-2 สำหรับใช้กับทางรถไฟ
โบกี้แบบคอมโพสิตจะแตกต่างจากโบกี้เหล็กซึ่งเชื่อมจากคานบังคับเลี้ยวไปจนถึงคานด้านข้าง 2 ข้าง โดยจะมีส่วนบนและส่วนล่างที่แตกต่างกันมาต่อเข้าด้วยกันเพื่อแทนที่โบกี้โลหะที่มีอยู่ รุ่นคอมโพสิตจะต้องรวมระบบกันสะเทือนและตัวยึดเบรกและอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ ไว้ในตำแหน่งเดียวกัน“สำหรับตอนนี้ เราได้เลือกที่จะเก็บข้อต่อเหล็กไว้ แต่สำหรับโครงการต่อไป การเปลี่ยนข้อต่อเหล็กเป็นข้อต่อแบบคอมโพสิตอาจเป็นเรื่องน่าสนใจ เพื่อที่เราจะได้ลดน้ำหนักขั้นสุดท้ายต่อไปได้” นายเสราฐกล่าว

สมาชิกสมาคมของกลุ่มเซ็นเซอร์และคอมโพสิตที่มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมกำลังดูแลการพัฒนาเซ็นเซอร์ ซึ่งจะรวมเข้ากับโบกี้คอมโพสิตในขั้นตอนการผลิต“เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบความเครียด ณ จุดที่ไม่ต่อเนื่องบนโบกี้ ในขณะที่เซ็นเซอร์อื่นๆ มีไว้สำหรับการตรวจจับอุณหภูมิ” Seurat กล่าวเซ็นเซอร์จะช่วยให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างคอมโพสิตได้แบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถรวบรวมข้อมูลโหลดตลอดอายุการใช้งานได้ข้อมูลนี้จะให้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับน้ำหนักสูงสุดและความเหนื่อยล้าในระยะยาว

การศึกษาเบื้องต้นระบุว่าขนหัวลุกแบบผสมควรจะสามารถลดน้ำหนักได้ตามที่ต้องการได้ถึง 50%ทีมงานโครงการหวังว่าจะมีโบกี้ขนาดใหญ่พร้อมสำหรับการทดสอบภายในกลางปี ​​2562หากต้นแบบทำงานได้ตามที่คาดไว้ พวกเขาจะผลิตโบกี้เพิ่มขึ้นเพื่อทดสอบรถรางที่ผลิตโดยอัลสตอม ซึ่งเป็นบริษัทขนส่งทางราง

จากข้อมูลของ Seurat แม้ว่ายังมีงานอีกมากที่ต้องทำ แต่ข้อบ่งชี้เบื้องต้นชี้ให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะสร้างโบกี้คอมโพสิตที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ ซึ่งสามารถแข่งขันกับโบกี้โลหะทั้งในด้านต้นทุนและความแข็งแกร่ง“จากนั้น ฉันคิดว่ามีตัวเลือกและการใช้งานที่เป็นไปได้มากมายสำหรับคอมโพสิตในอุตสาหกรรมรถไฟ” เธอกล่าวเสริม(บทความพิมพ์ซ้ำจาก Carbon Fiber and Its Composite Technology โดย Dr. Qian Xin)