《动力之王!中车成功产出全球最大功率电力机车,采用复合材料减重增强》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2020-08-03
  • 重载机车,动力之王!大国重器,中车制造!7月29日晚,中国中车集团与国家能源集团联合研制全球最大功率神24电力机车,在中车株机公司下线。单机功率28800千瓦,单机牵引力2280千牛,公司称,再次刷新轨道交通装备的世界纪录,这是我国铁路重载技术创新的重大突破,也是我国装备制造业自主创新的重大成果。

    此前,世界轨道交通装备重载记录一直由中车株机所保持,为功率14400千瓦、牵引力1140千牛的12轴重载机车。神24电力机车的问世,以16项技术创新成功刷新纪录,成为全球最大单机功率、全球最大单机牵引力、可灵活编组及智能驾驶的重载铁路“动力之王”。

    该机车采用6节编组,长达106米,最高运行时速120公里,具备在12‰的坡道上单机牵引万吨货物列车的能力,可拉动超过100节满载铁路货车,整列车绵延接近1.5公里。设计上,以雄狮为灵感塑造车头造型,彰显重载电力机车的力量感,是一枚兼具颜值与实力的“狮子座”。

    中车株机公司机车系统研发部经理王位介绍,与常用的8轴9600千瓦重载机车相比,神24电力机车运力是其3倍,所需乘务人员却减少了三分之二,且可实现16轴、20轴和24轴的灵活编组,满足多样的运力需求。

    该机车搭载可实现智能驾驶、智能运维的“智慧大脑”,具备自动唤醒、自动起车、机车状态智能感知、故障智能识别等功能,内部对牵引变流器、制动机等核心部件进行一系列技术创新,基于北斗导航差分定位更能实现机车精准控制,全车安全性与可靠性更高。机车更多采用了复合材料,减少了重量,增加了强度。

    中车株机一边防控一边稳定生产,从设计归档、零部件采购到生产制造,各个环节精密策划、精准衔接,仅用时5个月,就将神24电力机车从梦想变为现实,再次刷新国际轨道交通行业对中国制造的认知。

    “重载、高速是我国轨道交通装备的发展总方向。神24电力机车的诞生,将把中国重载牵引推向世界第一。”中国工程院院士刘友梅表示。

    该机车交付后,将在神朔铁路上运行,可再次提高我国能源运输大动脉的运输效率,满足重载运输、智慧引领、绿色环保的战略需求。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=576488
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 据Grand View Research Inc.的一份报告显示,到2024年,全球复合材料市场规模预计将达到1308亿美元,并在预测期内以7.8%的年均复合率继续增长。2019年及以后,复合材料行业的发展趋势如何?由美国多家调研机构撰写的《2019美国复合材料行业报告》最近新鲜出炉,我们为大家带来该报告的内容摘要: 复合材料行业正享受着连续第九年的增长,在众多垂直领域都有许多机遇。作为主要的增强材料,玻璃纤维正在帮助推动这一机会。 2018年全球玻璃纤维产能为109亿英镑,目前利用率为91%。随着几家主要玻璃纤维生产商在世界各地新建工厂,玻璃纤维工厂的产能将在2019年有所增加。 欧文斯科宁正在扩大其在法国尚贝里的玻璃纤维生产厂的产能,这将帮助该公司满足欧洲对热塑性塑料日益增长的需求。其他扩大产能的玻璃纤维供应商包括中国巨石和日本NEG。中国巨石正在埃及建设一座20万吨产能的工厂,并在美国南卡罗来纳州建立了一座产能为8万吨的工厂。日本NEG则收购了美国PPG的玻璃纤维业务,扩大了在美国的业务。 随着越来越多的原始设备制造商使用复合材料,玻璃钢的未来看起来很有希望。在许多应用领域——混凝土加强筋、窗框型材、电线杆、钢板弹簧等——复合材料的使用率还不到1%。对技术和创新的投资将有助于复合材料市场在此类应用中的显著增长。但这将需要开发颠覆性技术、行业公司之间的重大合作、重新设计价值链以及销售复合材料和最终用途产品的新方法。 复合材料行业是一个复杂的、知识密集型的行业,拥有数百种原材料产品组合和数千种应用。因此,行业需要根据协同效应、能力大小、创新潜力、机会可行、竞争强度、利润潜力、可持续性等因素,识别并优先考虑一些大宗用途的应用,以推动增长。运输、建筑、管道和储罐是美国复合材料工业的三大组成部分,占总使用量的69%。 总体而言,玻璃纤维行业有很大的增长潜力,因为它目前只占了整个结构材料市场的一小部分。 为了获得相对于传统材料的竞争优势,行业需要专注于以下几个重要方面: 对工程师和设计师进行培训,让他们了解复合材料在土木工程、汽车、管道和储罐等大批量市场中的优势。 通过处理复合材料的维修和回收问题,发展类似钢铁和铝的从摇篮到坟墓的基础设施。 为大批量市场开发成熟的先进制造工艺,以1到2分钟为周期。降低材料和零件成本,使复合材料零件具有与钢铁和铝零件的竞争力。发展颠覆性技术,在生命周期和性能方面获得竞争优势。 碳纤维市场继续以每年10%到15%的速度增长。2018年,全球碳纤维需求量约为85000公吨。去年的增长是由航空航天项目、风电叶片和各种工业应用中碳纤维使用量的增量增长带动的。 在可预见的未来,预计这一产业将保持该增长速度。其中,航空航天和风电叶片的应用各占市场的五分之一左右,而汽车和体育用品占据市场的六分之一左右。剩余的25%到30%的市场包括各种各样的应用:注塑塑料、压力容器、建筑和基础设施加固、工具、海洋、石油和天然气。随着更多应用和程序投入生产,所有细分市场都在增长。 碳纤维生产的行业能力正在收紧。工业铭牌容量(额定产能)可能为14万公吨,但考虑到生产产品的组合和品种以及工艺固有的击倒效应,有效工业净容量仅为10万公吨左右。因此,我们目前看到,无论是长期生产商还是新进入场的参与者,都有几家新工厂和产能扩张正在进行。 中国是新进的参与者,占世界碳纤维需求的20%到25%,而且中国也有追赶的能力和空间:中国生产商拥有世界铭牌产能的12%到15%,但生产的碳纤维不到世界碳纤维的5%。中国公司有充分的资源来实现更多的自我发展目标。预计2019-2020年碳纤维需求将突破10万吨,且预计产能还将增加。 在任何应用中,对碳纤维增强塑料CFRP的接受与否将取决于技术条件和经济效益。在大多数应用中,碳纤维的主要技术优势来自于材料的高强度重量性能,从而降低了重量结构。 所有最终用途的细分市场都显示出巨大的增长潜力。航空航天、风电叶片、体育用品和模塑料都是很好的最终用途,随着越来越多的项目被设计成使用碳纤维复合材料,它们将继续保持增长。压力容器(用于压缩天然气、液化石油气、氢气等)以及建筑和基础设施应用是较新的最终用途,随着其效益和施工方法的进一步开拓,增长潜力巨大。 汽车应用具有最高的市场潜力。由于大规模生产应用的采用和自动化程度的提高,碳纤维的成本和碳纤维增强塑料零部件的制造成本预计都将下降,因此碳纤维在汽车应用中的机会几乎是不可想象的。大批量生产将导致更低的成本和更大的接受度。 美国的经济增长是通过基础设施投资实现的,但资金缺口已经形成,威胁到未来的增长和增长速度。在未来10年里,美国土木工程师学会(ASCE)预计收入和需求之间的资金缺口将达1.4万亿美元,如果不能大幅缩小资金缺口,将导致美国国内生产总值(GDP)损失3.9万亿美元,就业机会减少250万人;由于基础设施薄弱,每家每年将花费3400美元。 纤维增强聚合物复合材料产品和相关系统可以有效地修复或改造美国正在使用的基础设施,而更换成本仅为原成本的一小部分。特别是在高腐蚀地区,与传统建筑材料相比,它们可以带来更经济的替换。 碳纤维生产的行业能力正在收紧。工业铭牌容量(额定产能)可能为14万公吨,但考虑到生产产品的组合和品种以及工艺固有的击倒效应,有效工业净容量仅为10万公吨左右。因此,我们目前看到,无论是长期生产商还是新进入场的参与者,都有几家新工厂和产能扩张正在进行。 中国是新进的参与者,占世界碳纤维需求的20%到25%,而且中国也有追赶的能力和空间:中国生产商拥有世界铭牌产能的12%到15%,但生产的碳纤维不到世界碳纤维的5%。中国公司有充分的资源来实现更多的自我发展目标。预计2019-2020年碳纤维需求将突破10万吨,且预计产能还将增加。 在任何应用中,对碳纤维增强塑料CFRP的接受与否将取决于技术条件和经济效益。在大多数应用中,碳纤维的主要技术优势来自于材料的高强度重量性能,从而降低了重量结构。 所有最终用途的细分市场都显示出巨大的增长潜力。航空航天、风电叶片、体育用品和模塑料都是很好的最终用途,随着越来越多的项目被设计成使用碳纤维复合材料,它们将继续保持增长。压力容器(用于压缩天然气、液化石油气、氢气等)以及建筑和基础设施应用是较新的最终用途,随着其效益和施工方法的进一步开拓,增长潜力巨大。 汽车应用具有最高的市场潜力。由于大规模生产应用的采用和自动化程度的提高,碳纤维的成本和碳纤维增强塑料零部件的制造成本预计都将下降,因此碳纤维在汽车应用中的机会几乎是不可想象的。大批量生产将导致更低的成本和更大的接受度。 美国的经济增长是通过基础设施投资实现的,但资金缺口已经形成,威胁到未来的增长和增长速度。在未来10年里,美国土木工程师学会(ASCE)预计收入和需求之间的资金缺口将达1.4万亿美元,如果不能大幅缩小资金缺口,将导致美国国内生产总值(GDP)损失3.9万亿美元,就业机会减少250万人;由于基础设施薄弱,每家每年将花费3400美元。 纤维增强聚合物复合材料产品和相关系统可以有效地修复或改造美国正在使用的基础设施,而更换成本仅为原成本的一小部分。特别是在高腐蚀地区,与传统建筑材料相比,它们可以带来更经济的替换。 汽车新技术的出现也将影响到该行业未来对复合材料的需求。目前,电动动力总成和自动驾驶汽车对汽车材料的影响目前是争论的焦点。电动车辆具有必须封闭的大型电池,以提供对环境和路面的保护。无人驾驶汽车将改变人们与汽车互动的方式,并为车的内部功能创造新的需求和愿望。对于复合材料而言,这些技术变化的时间和规模,将决定它们是短期还是长期具有吸引力的机会。 复合材料在汽车行业的市场份额仍有很大的提升空间。在短期内,对轻量级结构的需求将推动复合材料的新应用,以帮助满足日益增长的监管障碍。 欧洲的复合材料工业连续第六年增长,与前一年相比增长了2%,估计总产量为114万公吨。同过去几年一样,欧洲生产的玻璃钢数量反映了在各个市场部门观察到的趋势。主要用于汽车工业的热塑性塑料的生产,总体上仍比大多数热固性材料的生产增长更为强劲。 尽管欧洲的玻璃钢产量持续增长,但其产量仍落后于全球平均的市场趋势。特别是在亚洲和美国,近年来的产量一直在以超过2%的速度增长。 一项按国家分类的分析突出了欧洲内部的各种趋势。区域市场之间存在着很大的差异,需要进行单独的分析。例如,德国的玻璃钢加工十分注重运输部门和电子/电子工业。相比之下,土耳其的基础设施市场正在蓬勃发展,而挪威和瑞典的石油和天然气行业则表现强劲。 从积极的方面看,所审查的任何欧洲区域的生产都没有下降。西班牙、葡萄牙、法国和意大利等南欧国家今年的经济增长率均高于平均水平。2012年以来,西班牙、葡萄牙产量明显稳定,近期呈上升趋势。德国仍是欧洲复合材料的领导者,2018年的总产量为22.9万吨。 东欧国家的市场增长率高于平均水平2.5%。在比荷卢三国(比利时、荷兰和卢森堡)、斯堪的纳维亚、奥地利和瑞士,报告的水平保持不变,因此低于平均水平。英国和爱尔兰的产量仅增长了1.3%。 除了用于系列生产的既定材料(如SMC/BMC和热塑性塑料)外,既定的连续工艺(如拉挤)也再次成为人们关注的焦点。 不同的细分市场也为提高玻璃钢产量带来了希望。GFRP在天线结构和建筑覆层中具有较大的应用潜力。复合材料已经在日益增长的航空航天领域的轻质建筑概念中发挥了关键作用。能源部门也在扩张,近年来变得越来越重要。这一趋势将持续多年。 由于GFRP和其他复合材料的通用性和与其他材料结合的非凡适用性,它们在许多应用中具有突出的潜力。然而,对这些材料的认识仍然十分有限,决策者无法广泛考虑这些材料。这种情况必须改变,因为组合通常是一种很好的选择,如果不是更好的话。如果客户能够重新评估这些材料和复合材料是否符合标准/规范,那么未来几年欧洲市场的增长速度将比以往更快。 中国占全球建筑总量的一半以上,这是复合材料的主要推动力。过去10年,快速增长的汽车、铁路、建筑和风能行业对先进材料的巨大需求,彻底改变了中国复合材料行业。在原材料、夹层芯材及辅助材料、制造工艺、模具、设计技术及应用等方面取得了显著进展。 中国的玻璃钢工业直到1995年左右才开始起步,而美国的复合材料工业早在二十世纪70年代初就已全面发展起来。在过去20年的快速发展中,中国已成为世界上最大的玻璃纤维生产国和供应国。今天,中国玻璃纤维复合材料行业的市场规模是美国的两倍。中国利用玻璃钢的主要垂直领域包括电力、交通、建筑、水处理、风能和化工。 玻璃纤维产能已达385万吨,其中中国巨石、泰山玻纤、重庆国际复合材料占60%以上。中国有近5000家复合材料生产企业,玻璃纤维复合材料年出货量462万吨。 中国工业对碳纤维的研究、开发和商业化落后工业化国家约35年,市场仍处于起步阶段。2000年,中国政府和行业开始投资碳纤维的生产。在2017年,只有7家公司能够每年生产1000吨以上的碳纤维来满足中国国内市场的需求。中国碳纤维工业在数量、质量、性能、应用等方面与工业化国家还存在较大差距。目前,中国的CFRP复合材料在体育休闲产品和一般工业(如风能、汽车、交通和建筑)上的消耗量几乎相当。 尽管市场起步较晚,但2017年中国碳纤维产量与进口碳纤维一起达到了5700吨的出货量,能够满足国内23487吨的市场需求。未来看上去很光明,中国拥有最大的聚丙烯腈(PAN)纤维的生产量,这将使聚丙烯腈基碳纤维及复合材料行业在未来十年继续扩大。 中国复合材料行业的发展,市场渗透率的显著提高,为海外企业提供了巨大的机遇。以中国风能市场为例:在过去10年里,中国风电行业以平均每年41%的速度增长,到2017年,风电装机容量将达到1.88亿千瓦。该行业的目标是到2020年总装机容量达到2亿千瓦,其中海上装机容量为3000万千瓦。所有主要的风能公司在中国都有业务,包括维斯塔斯、通用电气、西门子Gamesa和LM风电。 中国复合材料行业预计两年后将迎来一个转折点,届时国内碳纤维产量将超过进口数量。多家公司将拥有高性能级碳纤维(T700/T800/T1000)生产线,并计划应对技术挑战,确保国内产品与进口产品竞争。 为促进复合材料的广泛应用,中国复合材料产业正在研究低成本设计制造技术、结构多功能集成技术、环保材料、修复改造技术、循环利用技术。随着复合材料的优势得到更广泛的传播,特别是在下游终端用户中,该行业也将从中受益。此外,自动化生产、现代化管理和规模化生产,加上严格的质量保证和质量控制,以及各种市场的不断扩大,必将使中国复合材料工业在未来十年以每年两位数的速度增长。
  • 《吃雾的石墨烯复合材料可减少大气污染》

    • 来源专题:纳米科技
    • 编译者:郭文姣
    • 发布时间:2019-12-05
    • 石墨烯旗舰公司与博洛尼亚大学,米兰理工大学,CNR,NEST,Italcementi HeidelbergCement Group,以色列理工学院,艾恩德霍芬技术大学和剑桥大学合作开发了石墨烯-二氧化钛光催化剂,其降解率最高可提高70%在实际污染物测试中,大气中的氮氧化物(NOx)比标准的二氧化钛纳米颗粒大。 大气污染是一个日益严重的问题,特别是在城市地区和欠发达国家。根据世界卫生组织的统计,每9例死亡中就有1例归因于空气污染引起的疾病。造成这种情况的主要原因是氮氧化物和挥发性化合物等有机污染物,它们主要是由汽车尾气和工业排放的。 为了解决该问题,研究人员一直在寻找从大气中去除更多污染物的新方法,而二氧化钛等光催化剂是实现这一目标的好方法。当二氧化钛暴露在阳光下时,它会降解氮氧化物(这对人体健康非常有害)和表面上存在的挥发性有机化合物,将它们氧化为惰性或无害的产品。 现在,在意大利海德堡水泥集团的Italcementi的协调下,从事光催化涂层研究的石墨烯旗舰团队开发了一种新型的石墨烯-二氧化钛复合材料,该复合材料的光降解性能比裸氧化钛要强得多。 Italcementi研究协调员Marco Goisis评论说:“我们响应了旗舰的要求,并决定将石墨烯与最常用的光催化剂二氧化钛偶合,以增强光催化作用。”他继续说:“光催化是我们必须破坏环境的最有效方法之一,因为该过程不会消耗光催化剂。这是被太阳光激活的反应。” 通过仅在水和大气压下在二氧化钛纳米粒子存在的情况下进行石墨的液相剥落(生成石墨烯的过程),他们创建了一种新的石墨烯-二氧化钛纳米复合材料,该复合材料可以被动涂覆在材料表面清除空气中的污染物。如果将涂料用于街道或建筑物墙壁上的混凝土,则无害的光降解产品可能会被雨或风洗掉,或手动清除。 为了测量光降解效果,该团队测试了新型光催化剂对NOx的影响,并记录了与标准二氧化钛相比氮氧化物的光催化降解方面的明显改善。他们还使用罗丹明B作为挥发性有机污染物的模型,因为其分子结构与汽车,工业和农业排放的污染物的分子结构极为相似。他们发现,在紫外线照射下,石墨烯-二氧化钛复合物比单独的二氧化钛降解的罗丹明B多40%。 “石墨烯与二氧化钛的偶联以粉末形式为我们提供了优异的结果-可以应用于不同的材料,其中混凝土是广泛使用的一个很好的例子,有助于我们实现更健康的环境。它的维护成本低且环保友好,因为它只需要太阳的能量,不需要其他输入。” Goisis说。但是,要在商业规模上使用它之前,还需要解决一些挑战。需要更便宜的批量生产石墨烯的方法。催化剂和主体材料之间的相互作用需要加深,并需要研究光催化剂在室外环境中的长期稳定性。 超快速瞬态吸收光谱法测量显示了从二氧化钛到石墨烯薄片的电子转移过程,降低了电荷复合速率并提高了反应性物质光产生的效率,这意味着更多的污染物分子可能会降解。 功能性泡沫和涂料的石墨烯旗舰工作包负责人冯新亮解释说:“应用于建筑的胶结基质中的光催化作用可通过减少NOx并实现表面的自我清洁而对减少空气污染产生重大影响。石墨烯可以帮助改善催化剂(如二氧化钛)的光催化性能并增强水泥的机械??性能在该出版物中,石墨烯旗舰合作伙伴通过一步法制备了石墨烯-二氧化钛复合材料在本模型研究中,所制备的复合材料显示出增强的光催化活性,与原始二氧化钛相比,降解的污染物最多比原始二氧化钛多40%,而与之相似的氮氧化物最多可降解70%而且,使用超快速瞬态吸收光谱法简要研究了这种改善的机理。” 作为全球最大的水泥生产商之一的海德堡水泥集团旗下的Italcementi公司全球产品创新总监Enrico Borgarello表示:“将石墨烯整合到二氧化钛中制成新的纳米复合材料是成功的。纳米复合材料显示出光催化性能的显着改善大气中NOx的降解增强了二氧化钛的作用。这是非常重要的结果,我们期待在不久的将来实现光催化纳米复合材料的使用,以改善空气质量。” 将石墨烯掺入混凝土的原因并不仅限于此。 Italcementi还在开发另一种产品-导电石墨烯混凝土复合材料,该产品已于今年2月的世界移动通信大会上展出。当作为地板的一层包括在内时,当电流通过时会释放热量。戈西斯评论道:“您无需使用储水箱或锅炉中的水就可以加热房间或人行道。这为未来的智慧城市-尤其是自感应混凝土-打开了创新之门,”它可以检测压力。混凝土结构中的应力或应变,并监视结构缺陷,如果结构完整性接近失效,则提供警告信号。 石墨烯旗舰产品的科学技术官兼管理小组主席Andrea C. Ferrari补充说:“现在越来越多的公司成为石墨烯旗舰产品的合作伙伴或准成员,因为他们认识到新的和潜在的潜力。在这项工作中,意大利建筑材料领域的负责人Italcementi展示了石墨烯在环境污染物降解中的明确应用,不仅可以带来商业利益,而且最重要的是,通过产生石墨烯可以给社会带来好处。在更清洁,更健康的环境中。” ——文章发布于2019年12月3日