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日月明
日月明
2021-11-05
1300中國如何實(shí)現(xiàn)用竹子造高鐵？
竹纏繞新型復(fù)合材料究竟是什么？
為什么普普通通的竹子比鋼鐵還要結(jié)實(shí)？
說起竹子，大家會想到梅蘭竹菊四君子，會想到清靜幽雅的竹屋，還會想到憨態(tài)可掬的熊貓?？墒侨绻腥烁阏f，用竹子可以造高鐵，你肯定會說他在癡人說夢。如果你問他是誰居然可以用竹子造高鐵，他回答說是“中國”，那么你會毫不猶豫點(diǎn)點(diǎn)頭。要是中國，那沒有什么不可能，因?yàn)橹袊嗽缫呀?jīng)習(xí)慣了挑戰(zhàn)不可能。中國的高鐵里程已經(jīng)達(dá)到4萬公里，居世界首位，計劃在2030年實(shí)現(xiàn)全國縣城高鐵的覆蓋。面對這樣龐大的計劃，修建高鐵所需要的材料、資金都是非常龐大的，再加上我們國家要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，所以在環(huán)保方面同樣要做到低碳，為了滿足以上各種要求，我們中國的科學(xué)家居然找到了用“竹子”來造高鐵的辦法，這個在所有人眼里不可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，中國是如何實(shí)現(xiàn)的？難道在中國熊貓愛吃的竹子不一樣嗎？下面就一起來看看中國的竹子是不是與眾不同？
竹纏繞新型復(fù)合材料的誕生
就目前而言，中國的高鐵依然是使用大量的金屬材料鋁和碳纖維等復(fù)合材料進(jìn)行建造，每年消耗大量的材料，不僅對環(huán)境造成影響，對資源的消耗也極其龐大。這一次，中國的科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十幾年的不懈努力，終于研發(fā)出一種新型的竹纖維材料——竹纏繞新型復(fù)合材料。之所以選擇竹子，是因?yàn)橄啾扔谄渌静?，竹子的特點(diǎn)很明顯：韌性好、彈性高。中國的科學(xué)家正是利用竹子的這些特點(diǎn)，用竹子作為復(fù)合材料的基材，用樹脂作為復(fù)合材料的膠黏劑，再通過特殊的纏繞工藝，最終加工制成了——竹纏繞新型復(fù)合材料。
所謂復(fù)合材料，就是利用強(qiáng)度很高本身柔軟的纖維，結(jié)合強(qiáng)度較低但足夠堅固的基材材料，將優(yōu)勢兩兩結(jié)合，從而制造出既輕便又堅固的材料。一般而言，傳統(tǒng)的復(fù)合材料采用的是高性能纖維材料來制作，像玻璃纖維與碳纖維這類，這一次成功從竹子中提取竹纖維來應(yīng)用到復(fù)合材料中，是中國在復(fù)合領(lǐng)域的重大突破。而且，竹纖維制成的產(chǎn)品具有很高的抗壓強(qiáng)度，甚至可以與C30混凝土的強(qiáng)度相媲美。那么，如果通過竹纏繞新型復(fù)合材料來制造高鐵車廂，它會具備哪兒些優(yōu)勢呢？我們一起來了解竹子造高鐵的優(yōu)勢。
竹子造高鐵的優(yōu)勢
其實(shí)，用竹子，也就是竹纏繞新型復(fù)合材料來造高鐵，具有金屬材料不具備的多種優(yōu)勢，首先，竹子本身是一種低碳環(huán)保的綠色材料，用這種材料制成的高鐵車廂，不需要擔(dān)心車廂壽命結(jié)束后的處理問題，可以通過更環(huán)保的將報廢車廂進(jìn)行處理。而且，組織具有很好的可再生性，它的生長速度快，每年可以達(dá)到1.5億噸的產(chǎn)量，然而對于竹子的利用，僅僅只有它產(chǎn)量的三分之一，因此，如果我們可以將多達(dá)1億噸的閑置竹子材料利用起來，制作成竹纏繞復(fù)合材料，可以代替鋼材料、塑料、混凝土等，可以減少大約3.5億噸二氧化碳的排放量，對于保護(hù)環(huán)境、減少污染起到積極的作用。據(jù)了解，想要生產(chǎn)1000萬噸利用竹纏繞復(fù)合材料制成的竹纏繞復(fù)合管道，僅僅需要2500萬噸竹子，與之相比，想要生產(chǎn)同樣數(shù)量的鋼材管，最少要消耗4500萬噸粗鋼，還需要2280萬噸煤炭進(jìn)行鍛造，這樣一來排放到空氣中的二氧化碳就達(dá)到了3000多萬噸。由此可見，用竹子作為原材料來建造高鐵車廂，雖然聽起來有點(diǎn)難以置信，但是實(shí)際操作起來卻是低碳環(huán)保的的最佳選擇。
然后，竹纏繞復(fù)合材料還具有縱向拉伸強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)。為了驗(yàn)證這一優(yōu)點(diǎn)，科學(xué)家們對竹纏繞復(fù)合材料進(jìn)行了上萬次的壓力測試，最后得出的結(jié)果是：竹纏繞復(fù)合材料與鋼筋、水泥、塑料等材料比起來，前者的承壓抗震效果更加明顯，它具有很強(qiáng)的抗變形能力。接下來的測試中，它更是通過了國家化學(xué)建筑材料檢測中心的10000小時長期靜壓試驗(yàn)。所以，用它來建造高鐵車廂時，當(dāng)高鐵受到外界的猛烈撞擊，車廂可以吸收大量的緩沖力，可以對乘客起到更好的保護(hù)作用，減少因沖撞給乘客帶來的不良影響。竹纏繞復(fù)合材料的這一優(yōu)點(diǎn)，也可以很好地利用于管廊、大型儲罐、容器等各種產(chǎn)品的建造。
其次，用竹纏繞新型復(fù)合材料來制造高鐵車廂，與傳統(tǒng)的金屬車廂比起來，使用新材料制造的車廂重量更輕、更加節(jié)能。雖然它的制造難度特別大，但是核心技術(shù)一旦突破，將會大幅度減輕中國下一代高鐵的車身重量，從而降低高鐵在運(yùn)行時的能耗。
最后一點(diǎn)，竹纏繞復(fù)合材料還有很好的保溫抗凍能力，以及很好的耐腐蝕性，所以用竹纏繞復(fù)合材料建造高鐵車廂、管廊、房子，能夠起到防火防滲、不易變形、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
竹子在中國的應(yīng)用
其實(shí)早在新中國剛剛成立的時候，就因?yàn)楫?dāng)時國內(nèi)的鋼鐵產(chǎn)量太低，不能滿足大家蓋樓、建房、建工廠的需求，你可能不會想到，當(dāng)時就有工程提出來用竹子來代替混凝土里的鋼筋，當(dāng)時也是看中了柱子的韌性，于是施工人員將竹子加入到混凝土中進(jìn)行施工，一定程度上減輕了鋼材的需要，也減輕了住房壓力。然而，竹子畢竟不能與鋼筋相比，再加上當(dāng)時的技術(shù)落后，并沒有對組織進(jìn)行多少處理，這就導(dǎo)致利用竹子和混凝土建造的房子，沒有很好的抗震性，耐久性也不行，整體質(zhì)量略差，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上用鋼筋混凝土建造的房子。不過，隨著技術(shù)的發(fā)展，我們的科學(xué)家在竹纖維的研發(fā)上得到了全新的突破，不管是韌性和強(qiáng)度，都得到了全面的提升。
在建造高鐵車廂的之前，也就是在2009年，我們就成功建造了一節(jié)竹纏繞復(fù)合管，成功地承受了80噸大卡車的來回碾壓，比起低中級的鋼管強(qiáng)度還要高，這也標(biāo)志著我國的竹纏繞復(fù)合材料突破了核心的技術(shù)難關(guān)。
在2018年4月24日，就在內(nèi)蒙自治區(qū)的呼和浩特市，世界首條竹纏繞復(fù)合材料制成的城市綜合管廊在元亨石墨產(chǎn)業(yè)園正式鋪設(shè)完成。通過實(shí)踐證明，竹纏繞復(fù)合材料制成的城市綜合管廊，無論是抗震、抗沉降能力，還是保溫防凍性，又或者是耐腐蝕等，與在同等條件下鋪設(shè)的混凝土管廊相比，均有明顯的優(yōu)越性。這也意味著竹纏繞復(fù)合材料可以代替那些高能耗、高污染的建筑材料。
目前，竹纏繞復(fù)合材料已經(jīng)投入到高鐵車廂的建造中，并成功打造出首節(jié)高鐵車廂。據(jù)了解，使用竹纏繞復(fù)合材料建造的車廂，韌性更強(qiáng)，品質(zhì)也更加堅固耐用。而且用竹纏繞復(fù)合材料打造的車廂，為了保證足夠的車體強(qiáng)度，還進(jìn)行了特殊的設(shè)計，在車廂的車身大件等關(guān)鍵部位，還是使用了高強(qiáng)度的傳統(tǒng)的復(fù)合新材料，只在強(qiáng)度要求較低的部件上，采用了大量的竹纏繞復(fù)合材料，通過這樣的靈活使用，讓竹纏繞復(fù)合材料打造車廂重量比起傳統(tǒng)的車廂重量輕了三分之一，行駛過程中的能耗也降低近一倍。所以，如果用竹纏繞復(fù)合材料打造一整列高鐵，會讓這列高鐵在原來的基礎(chǔ)上輕四分之一，運(yùn)行時的能耗降低30%，可謂是既省錢，又省力，還省資源。
目前，使用竹纏繞復(fù)合材料建造的高鐵還在緊鑼密鼓的實(shí)驗(yàn)中，一旦完美通過測試階段，那么在我們未來的生活中，會經(jīng)常見到用竹子建造的高鐵，并且類似足纏繞的新型環(huán)保技術(shù)，也會越來越多地出現(xiàn)在我們的日常生活中。如果哪一天見到竹子造的車在路上飛馳，大家也不要驚訝，因?yàn)樵谥袊磺薪杂锌赡堋?/span>
