高铁做防水用什么卷材(我国新材料竹子)(1)

随着我国高速发展,各地经济交流程度日益加深,对长途交通工具的需求也变得越来越大,高铁成了各地提高经济活力的一个重要选择。

多年以来,中国多条高铁项目建成通车,已经让东部和中部地区逐渐进入高铁时代。

同时中国高铁项目取得的耀眼成绩,也让全世界为之瞩目,海外市场因此不断扩大。

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2020年,中国高铁项目已经落户将近二十个国家,全球范围的高铁里程中,有一半都是由中国运营。

如此广阔的市场,带来的不仅是中国的影响力和发展能力,还有对高铁材料的巨大需求。

制造高铁需要用到大量的高精尖技术和材料,这给成本和环境带来了不小的压力。

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如果有一种材料,能够既降低成本,又提高高铁质量,甚至还更加环保,那岂不是皆大欢喜?

其实这种材料已经出现了——竹子。

用竹子造高铁,不是天方夜谭,不是痴人说梦,而是我国科研人员所取得的重大研究成果。

在全球范围内首屈一指,甚至难以被别国复制。

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能做高铁的高科技竹子

能造高铁的竹子,严格来说叫做“竹缠绕复合材料”。

是一种利用竹子为基础材料,采用树脂胶黏剂,通过特殊的缠绕工艺加工成型的新型材料。

在这种材料中,竹子的比重占到了70%以上。

从古至今,中国人跟竹子就有着十分紧密的联系,竹篮、竹楼、竹椅、竹筷、竹笋。

竹子本身优秀的硬度和拉伸度,让它们成为中国人生活中很多物品的原材料。

竹缠绕复合材料,就是从中国对竹子的这种高频利用中得到的灵感。

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竹子的轴向拉伸强度非常高,这赋予了它作为材料的优秀表现。

竹缠绕复合材料就是把这种轴向拉伸强度应用到复合材料中,用竹纤维无纺布和树脂组成内衬层,水性树脂和竹篾组成增强层,有各种防腐防水能力的树脂组成防护层。

这样的三层复合材料,让制造高铁车厢变成了一件有百利而无一害的事情。

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高铁车厢对于材料的要求,一是坚固耐用,二是抗压抗拉伸,三是防火防水防霉。

在坚固耐用方面,竹缠绕复合材料并不比现有的碳纤维和铝合金差多少。

虽然是以竹子作为基材,但这种材料经过高科技加工,绝对不是拿来一堆竹子搭成车厢这么简单。

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经过处理的竹缠绕复合材料,跟现有的高铁材料相差不大,同样能抵抗符合标准强度的外界冲击。

抗压抗拉伸方面则是竹缠绕复合材料的优势领域。

竹子本身的柔韧性就非常好,受到外力碰撞时,这种材料可以以某种程度的自体变形来抵消冲击。

既不会因为过度变形影响强度,又不会因为过于刚硬而导致损坏。

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在最极限的情况下,竹缠绕复合材料比普通材料更能保护车厢内的乘客,减少事故伤亡率。

防火防水防霉方面,竹缠绕复合材料表现也很突出,抗腐蚀性很强。

而且由于制作工艺特殊,竹缠绕复合材料天然带有不易燃烧的特性。

在实验中即使强行使其燃烧,在火势不大的情况下也能自行熄灭。

更重要的是,使用竹子制造高铁,好处是多方面的。

不仅仅只是因为成本低,还因为在材料技术的影响力和环保能力方面,这项技术都有着巨大的发展空间。

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新技术的起源

随着人类科技发展,高新科技产业为人类带来了便利,同时也带来了污染。

气候变化问题日益严重,已经成为威胁全人类安全的重要课题。

这不是一个两个国家的问题,是全球所有国家都要面临的存亡问题。

中国的高铁既然已经在全球范围进行推广,自然不可能不考虑对环境的影响。

目前中国高铁的制造材料主要以碳纤维和铝合金等等为主。

这些材料在生产过程中会消耗大量的原材料,产生的污染和排放的温室气体自然的不容小觑,对新的环保材料的需求日益紧迫。

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2020年我国宣布,将在2030年之前实现碳排放达峰,2060年之前实现碳中和。

在这样的背景下,我国科研人员把目光瞄准了竹子。

中国是世界上最大的竹子生产国,有将近七百万公顷的竹林。

世界上比较集中的适合做工业原材料的毛竹有九成都在中国。

我国每年可以砍伐利用的竹材料有1.5亿吨,这是我们国家得天独厚的优势,是其他任何国家都无法复制的天材地宝。

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可是目前,我们每年利用到的竹材料只有0.4亿吨,也就是每年有1.1亿吨的竹材料被闲置,这是巨大的浪费。

如果高铁产业对材料的消耗,能够用竹子补充,既是对环境的保护,又是对国家碳排放战略的一大助力,更是中国世界影响力的一种展现。

于是从2007年开始,我们的科研人员就开始了对竹缠绕复合材料的研制。

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很快,竹缠绕复合管被研制出来。

到了2016年,科研人员在复合管的基础上研制了竹缠绕管廊。

这种竹缠绕管廊的特点,已经初步具备了可供建造高铁车厢的性质。

它低碳环保,使用年限极长,性能不弱于其他材料,施工安装更加方便,综合成本更低。

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当时的管廊大部分都使用现浇混凝土或者预制式钢筋混凝土制作。

竹缠绕管廊的出现,可以完全取代这两种传统材料,在那个时候已经掀起了一阵材料替换革命。

最终的结果,是竹缠绕管廊把领域内的材料成本降低了30%,安装效率更是提升了将近80%!

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竹子高铁研制成功

有了管廊的成功,科研人员再接再厉,终于在2017年6月成功研制出竹缠绕高铁车厢样品,并进行了展出。

这个高铁车厢样品的重量比传统高铁车厢要低得多,是非常重要的一个特点。

在同样的速度和环境下,车厢的重量越重,消耗的燃料就越多。

一辆高铁的燃料或许不算什么,可是全球一半以上的高铁都以这样的速率消耗燃料,就实在吃不消了。

因此,竹缠绕车厢的重量降低了许多,需要达到相同速度所消耗的燃料就同样降低了很多。

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根据目前已经公开的数据,竹缠绕车厢比传统车厢轻了至少五分之一,消耗的材料减少了将近四分之一。

另外,由于车厢材料使用的是竹子这种可再生资源,所以从加工材料这一早期环节开始,碳排放就已经大大降低了。

而加工完毕之后的竹子废料,也可能用于制作其他产品。

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相比之下,以前车厢所使用的碳纤维材料不仅生产时会造成污染,生产后产生的工业废渣也没有其他作用,还要单独进行垃圾填埋处理。

每生产一千万吨竹缠绕复合材料,可以减少二氧化碳排放量大概三千万吨,还能节省四千五百多万吨粗钢。

这其中的取舍,想必所有人都明白该如何选择。

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不仅如此,大规模使用竹子建造高铁,还能给中国农民带来收入上的提升。

竹子是一种可人工种植的材料,且成长周期并不长。

一旦形成产业,可以为适合种植竹子地区的将近六百万户农民提供额外收入。

预计每年每户农民能增加一万元的收入,可以解决大概250万劳动力的就业问题。

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新材料即将走向世界

2016年12月14日,国际竹藤组织与我国签订了合作协议。

国际竹藤组织总干事费翰思明确表示,中国对于竹子的开发利用已经达到了世界领先水平。

希望在之后的日子里,中国能够与世界共同进步,利用竹子的天然优势为环境保护和人类进步提供便利。

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目前国际上很多人还不知道中国竹产业的优势,认为那是落后的、农耕时期的工艺。

即便有部分人听说了中国所开发的竹缠绕复合材料,也认为那只不过是传统复合材料技术的又一个分支产品,不会对材料界造成多大的影响。

费翰思表示,这些国际上的看法很多都是非常落后的,特别是对中国竹产业的偏见,是在环境保护问题上的巨大错误。

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费翰思认为,竹缠绕复合材料技术并不是传统技术的分支,而是确确实实的一项不可思议的创新技术,具有完全替代其他不可再生材料的质量,成本甚至还低得多。

现在中国在高铁领域已经是全球首屈一指的专家,竹缠绕复合材料又可以用来制造高铁。

那么如果我们能把这两项技术一起向世界推广,将能大幅改变国际社会对中国竹产业的落后看法。

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国际竹藤组织有45个成员国,其中除了加拿大之外,都或多或少拥有竹林,竹缠绕复合材料技术将会是他们极为感兴趣的新技术。

不过,由于全世界最大、最具工业化潜力的竹林都位于中国。

这也让我们拥有了定义整个行业的力量,不会因为别国拥有了相关技术,就对我国产生什么不利影响。

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在未来中国的发展之路上,新能源、新材料将是不可或缺的基石。

虽然竹缠绕高铁目前还未大规模实装,不过已经大体准备就绪,科研人员夜以继日研究新型材料的努力不会白费。

我们终将突破一个个技术封锁,用一项项新技术新材料,向世界展示中国力量!

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