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用竹子建造的高铁,比钢铁都结实?中国新技术引来各国眼红

来源威斯人 作者威斯人 发布日期2021-11-05 点击量954

中国如何实现用竹子造高铁?

竹缠绕新型复合材料究竟是什么?

为什么普普通通的竹子比钢铁还要结实?

       说起竹子,大家会想到梅兰竹菊四君子,会想到清静幽雅的竹屋,还会想到憨态可掬的熊猫。可是如果有人跟你说,用竹子可以造高铁,你肯定会说他在痴人说梦。如果你问他是谁居然可以用竹子造高铁,他回答说是“中国”,那么你会毫不犹豫点点头。要是中国,那没有什么不可能,因为中国人早已经习惯了挑战不可能。中国的高铁里程已经达到4万公里,居世界首位,计划在2030年实现全国县城高铁的覆盖。面对这样庞大的计划,修建高铁所需要的材料、资金都是非常庞大的,再加上我们国家要在2030年前实现碳达峰,所以在环保方面同样要做到低碳,为了满足以上各种要求,我们中国的科学家居然找到了用“竹子”来造高铁的办法,这个在所有人眼里不可能实现的技术,中国是如何实现的?难道在中国熊猫爱吃的竹子不一样吗?下面就一起来看看中国的竹子是不是与众不同?


 

竹缠绕新型复合材料的诞生

      就目前而言,中国的高铁依然是使用大量的金属材料铝和碳纤维等复合材料进行建造,每年消耗大量的材料,不仅对环境造成影响,对资源的消耗也极其庞大。这一次,中国的科研团队历经十几年的不懈努力,终于研发出一种新型的竹纤维材料——竹缠绕新型复合材料。之所以选择竹子,是因为相比于其他木材,竹子的特点很明显:韧性好、弹性高。中国的科学家正是利用竹子的这些特点,用竹子作为复合材料的基材,用树脂作为复合材料的胶黏剂,再通过特殊的缠绕工艺,最终加工制成了——竹缠绕新型复合材料。

 

       所谓复合材料,就是利用强度很高本身柔软的纤维,结合强度较低但足够坚固的基材材料,将优势两两结合,从而制造出既轻便又坚固的材料。一般而言,传统的复合材料采用的是高性能纤维材料来制作,像玻璃纤维与碳纤维这类,这一次成功从竹子中提取竹纤维来应用到复合材料中,是中国在复合领域的重大突破。而且,竹纤维制成的产品具有很高的抗压强度,甚至可以与C30混凝土的强度相媲美。那么,如果通过竹缠绕新型复合材料来制造高铁车厢,它会具备哪儿些优势呢?我们一起来了解竹子造高铁的优势。

竹子造高铁的优势

       其实,用竹子,也就是竹缠绕新型复合材料来造高铁,具有金属材料不具备的多种优势,首先,竹子本身是一种低碳环保的绿色材料,用这种材料制成的高铁车厢,不需要担心车厢寿命结束后的处理问题,可以通过更环保的将报废车厢进行处理。而且组织具有很好的可再生性,它的生长速度快,每年可以达到1.5亿吨的产量,然而对于竹子的利用,仅仅只有它产量的三分之一,因此,如果我们可以将多达1亿吨的闲置竹子材料利用起来,制作成竹缠绕复合材料,可以代替钢材料、塑料、混凝土等,可以减少大约3.5亿吨二氧化碳的排放量,对于保护环境、减少污染起到积极的作用。据了解,想要生产1000万吨利用竹缠绕复合材料制成的竹缠绕复合管道,仅仅需要2500万吨竹子,与之相比,想要生产同样数量的钢材管,最少要消耗4500万吨粗钢,还需要2280万吨煤炭进行锻造,这样一来排放到空气中的二氧化碳就达到了3000多万吨。由此可见,用竹子作为原材料来建造高铁车厢,虽然听起来有点难以置信,但是实际操作起来却是低碳环保的的最佳选择。

       然后,竹缠绕复合材料还具有纵向拉伸强度大的优点。为了验证这一优点,科学家们对竹缠绕复合材料进行了上万次的压力测试,最后得出的结果是:竹缠绕复合材料与钢筋、水泥、塑料等材料比起来,前者的承压抗震效果更加明显,它具有很强的抗变形能力。接下来的测试中,它更是通过了国家化学建筑材料检测中心的10000小时长期静压试验。所以,用它来建造高铁车厢时,当高铁受到外界的猛烈撞击,车厢可以吸收大量的缓冲力,可以对乘客起到更好的保护作用,减少因冲撞给乘客带来的不良影响。竹缠绕复合材料的这一优点,也可以很好地利用于管廊、大型储罐、容器等各种产品的建造。

       其次,用竹缠绕新型复合材料来制造高铁车厢,与传统的金属车厢比起来,使用新材料制造的车厢重量更轻、更加节能。虽然它的制造难度特别大,但是核心技术一旦突破,将会大幅度减轻中国下一代高铁的车身重量,从而降低高铁在运行时的能耗。

       最后一点,竹缠绕复合材料还有很好的保温抗冻能力,以及很好的耐腐蚀性,所以用竹缠绕复合材料建造高铁车厢、管廊、房子,能够起到防火防渗、不易变形、使用寿命长等优点。

竹子在中国的应用

其实早在新中国刚刚成立的时候,就因为当时国内的钢铁产量太低,不能满足大家盖楼、建房、建工厂的需求,你可能不会想到,当时就有工程提出来用竹子来代替混凝土里的钢筋,当时也是看中了柱子的韧性,于是施工人员将竹子加入到混凝土中进行施工,一定程度上减轻了钢材的需要,也减轻了住房压力。然而,竹子毕竟不能与钢筋相比,再加上当时的技术落后,并没有对组织进行多少处理,这就导致利用竹子和混凝土建造的房子,没有很好的抗震性,耐久性也不行,整体质量略差,使用寿命远远比不上用钢筋混凝土建造的房子。不过,随着技术的发展,我们的科学家在竹纤维的研发上得到了全新的突破,不管是韧性和强度,都得到了全面的提升。

      在建造高铁车厢的之前,也就是在2009年,我们就成功建造了一节竹缠绕复合管,成功地承受了80吨大卡车的来回碾压,比起低中级的钢管强度还要高,这也标志着我国的竹缠绕复合材料突破了核心的技术难关。



       在2018年4月24日,就在内蒙自治区的呼和浩特市,世界首条竹缠绕复合材料制成的城市综合管廊在元亨石墨产业园正式铺设完成。通过实践证明,竹缠绕复合材料制成的城市综合管廊,无论是抗震、抗沉降能力,还是保温防冻性,又或者是耐腐蚀等,与在同等条件下铺设的混凝土管廊相比,均有明显的优越性。这也意味着竹缠绕复合材料可以代替那些高能耗、高污染的建筑材料。

       目前,竹缠绕复合材料已经投入到高铁车厢的建造中,并成功打造出首节高铁车厢。据了解,使用竹缠绕复合材料建造的车厢,韧性更强,品质也更加坚固耐用。而且用竹缠绕复合材料打造的车厢,为了保证足够的车体强度,还进行了特殊的设计,在车厢的车身大件等关键部位,还是使用了高强度的传统的复合新材料,只在强度要求较低的部件上,采用了大量的竹缠绕复合材料,通过这样的灵活使用,让竹缠绕复合材料打造车厢重量比起传统的车厢重量轻了三分之一,行驶过程中的能耗也降低近一倍。所以,如果用竹缠绕复合材料打造一整列高铁,会让这列高铁在原来的基础上轻四分之一,运行时的能耗降低30%,可谓是既省钱,又省力,还省资源。

目前,使用竹缠绕复合材料建造的高铁还在紧锣密鼓的实验中,一旦完美通过测试阶段,那么在我们未来的生活中,会经常见到用竹子建造的高铁,并且类似足缠绕的新型环保技术,也会越来越多地出现在我们的日常生活中。如果哪一天见到竹子造的车在路上飞驰,大家也不要惊讶,因为在中国一切皆有可能。

 

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