纤维复合材料的回收与再利用，本文告诉你答案
抗雷击胶粘复合材料在高铁中的应用与发展
摘要
现如今雷电造成的高铁事故不断出现传统的避雷器有其局限性为提高高铁抗雷效果可将抗雷击胶粘复合材料用于高铁中本文通过实验研究的分析方法分析在高铁接触网中使用抗雷击胶粘复合材料的防雷效果分析抗雷击胶粘复合材料在高铁中的发展研究结果表明抗雷击胶粘复合材料可以有效防止雷击且当抗雷击胶粘复合材料涂层为0.2mm 时抗雷效果最佳
作者简介吴波 （1981）男四川洪雅人本科高级工程师中铁第一勘察设计院集团有限公司从事电气化铁路牵引供电系统设计研究工作
基金项目中国铁建股份有限公司科技研发计划项目 （2018-B12）
目前胶粘复合材料越来越多的被用于工业农业等多个领域且发展较快在研究新产品新技术还有新设备上有了较大突破与进展生产技术和生产质量进步较大且应用领域不断拓宽对一些常见的胶粘材料在应用上的缺陷进行改良研究取得较大的成功一些接枝型共混型改性形共聚型和特种胶粘材料被陆续开发应用[1]抗雷击胶粘复合材料的研发因其具有良好的抗雷击性质且重量轻强度大在航天航空中广泛使用[2]然而在快速发展的高铁中运用较少由于高铁在现代交通运输中起到极其重要作用近年来雷电造成高铁事故频发尤其是高铁接触网容易被雷击能造成严重的经济损失和人亡损失虽然高铁中有避雷器的使用但是因其保护范围有限不能每个地方都设置安装避雷器所以将抗雷击胶粘复合材料运用于高铁中可以很好的防止高铁中的设备被雷击使高铁运营更安全[3]
1 抗雷击胶粘复合材料用于高铁的分析
1.1抗雷击胶粘复合材料的介绍
有很多物质都可应用于胶粘材料如环氧树脂胶粘剂聚氨酷类胶粘剂丙烯酸酷类胶粘剂乙烯一醋酸乙烯类胶粘剂酚醛树脂类胶粘剂等[4]抗雷击胶粘复合材料中含有环氧树脂因为环氧树脂分子中包含活泼的环氧基团的树脂该树脂具有非常好的热稳定性优良的电绝缘性和耐化学药品性能对雷电形成很好的抵抗作用当然环氧树脂还有很多缺点譬如容易开裂防水差耐冲击性差固化产物性脆防尘差固化温度较高耐高温差及造成环境问题等为了能够更广泛的应用环氧树脂,可以对环氧树脂进行改良改性即将碳纤维和环氧树脂结合加入铝提高抗雷作用所形成的胶粘复合材料具有良好的抗雷击作用而且材料力学性能得到较大提升如比重小刚性好拉伸强度和弯曲强度变大耐水性也增强[5]因抗雷击胶粘复合材料良好的内在性能可以提高高铁的安全性防止雷击伤害
1.2雷电对高铁接触网的影响
高铁接触网的作用是为高铁动车组提供电能架设在轨道的上方对于高架桥梁三的接触网其高度远超于其他设备和建筑物所以受雷击的概率比较大急需加强高铁接触网的防雷措施一般情况下由于雷电在高铁接触网上产生电压该电压危害高铁接触网的安全从而造成高铁事故雷电对高铁接触网的危害有以下几种情况
1.2.1 直接损坏接触网绝缘
雷电直接将避雷器击穿将接触网绝缘材料击破导致接触网永久性短路和停止供电高铁动车组被迫停止中断了高铁运输当高铁动车组停止工作时需要一段时间将接触网永久性短路故障进行检查排除对于快速运输的高铁来说无疑严重影响运输效率造成大量列出晚点问题
1.2.2 引起接触网绝缘部件表面闪络
在雷电过程中接触网绝缘闪络是最容易引发的当闪络持续时间较长时会形成工频短路电弧会导致牵引变电所保护跳闸当电弧熄灭后绝缘部件有绝缘自恢复功能通过自动重合闸装置变电所可以发出重合闸指令一般情况下可以成功重合闸自动回复接触网供电[6] 虽然不会直接对高铁造成破坏且在这种情况下接触网停止供电的时间很短但是为了安全起见高速铁路运行管理规定在接触网发生跳闸后没有查明原因不管是否已经通电都需要对列出进行降速处理这种情况也会造成高铁运行秩序紊乱从而导致列车晚点
1.2.3 损坏接触网引发弓网事故
当接触网受到雷击时雷电所产生的强大电流可能会烧断接触网线还有可能破坏接触网其他的结构这种情况导致严重的弓网事故造成更长时间的运输中断现在高铁建设在我国迅猛发展雷电造成的高铁事故时有发生已经严重影响到了高铁的正常运行与安全
雷电对高铁接触网的危害不容小觑且危害重大必须对其进行防雷控制就目前来看我国主要是设置安装避雷器进行防雷然而避雷器主要安装在高铁重要的一些部位中这对避雷器附近的重点设备能起到很好的避雷防雷作用避雷器的保护范围是有限的当超过一定范围时就不会有防雷作用而且一般情况下避雷器的安装间距比较远导致大部分接触网线路置于防雷区域以外无法受到保护所以通过使用胶粘复合材料防雷可以避免这一限制从而能提高高铁接触网防雷效果下文将通过实验验证分析抗雷击胶粘复合材料对高铁接触网起到抗雷作用
在上述的电流作用下涂抹抗雷击胶粘复合材料试件的雷击实验结果如图 3 和图 4 所示从图中可以看出雷击后的涂抹胶粘复合材料试件的损伤面积是以雷击附着点为圆心向外扩展原因在于抗雷击胶粘复合材料中铝是各向同性材料所以电导率在各个方向都相同而且由于胶粘复合材料中铝电导率较高当雷电到达铝层时会将电流迅速导走所以不会对高铁接触网产生严重影响
图3和图4是在涂层厚度为 0.1mm 和 0.2mm 的实验结果对比两张图可知涂层厚度与损伤面积成正比即当涂层厚度越大时损伤面积范围越小防雷效果更好图3和图 4 的实验结果证明抗雷击胶粘复合材料可以显著防止高铁接触网受雷电损伤为了让抗雷效果更好可以增加胶粘复合材料厚度但是随着涂层厚度的增加必然会增加结构的整体质量导致使用抗雷击胶粘复合材料的优势降低所以平衡涂层厚度且保证防雷效果下文将进一步研究
从图5 可知胶粘复合材料涂层厚度小于0.2mm 时随着涂层厚度的增加高铁接触网的损伤面积不断减小当涂层厚度大于 0.2mm 时这种减小程度缓慢所以可以确定当胶粘复合材料涂层厚度为 0.2mm 时不仅可以达到较优的防雷效果还能减小结构的增重
2.4 试验结论
通过对涂抹胶粘复合材料的高铁接触网试件进行的防雷实验结果可知该复合材料能起到良好的防雷效果当涂层厚度增大时防雷效果更好当涂层厚度为0.2mm 时既能保证防雷效果优良又能减少结构的增重了使两者达到平衡所以涂抹0.2mm 厚的胶粘复合材料是防雷最优选择
3 抗雷击胶粘复合材料在高铁中的发展
将抗雷击胶粘复合材料用于高铁接触网中可以有效抗雷击防止接触网被雷电破坏抗雷击胶粘复合材料的优良特性其用途具有广泛性我们可将其用于高铁其他部分以便更好的提高高铁安全性抗雷击胶粘复合材料将会更多的应用于高铁中其发展前景较好抗雷击胶粘复合材料在高铁中还有以下发展
3.1 胶粘复合材料在高铁信号设备的发展
高铁信号设备起到控制整个高铁运营的作用其重要性不言而喻高铁信号设备发生问题时最直接的原因就是雷击作用所以有必要对高铁信息设备做好防雷保护工作而且要防雷到位不能出现任何漏洞要保证信号设备的安全性稳定性和可靠性将抗雷击胶粘复合材料运用其中将会有效保障高铁信号设备的安全
3.2 胶粘复合材料在高铁牵引变电所的发展
牵引变电所包含着大量电器设备极容易受到雷击如果牵引变电所出现问题无法输电列车被迫停运会造成严重经济损失为了保证供电的稳定性需要优化牵引变电所加强措施避免雷击造成的事故要加强对直击雷的有效预防一般情况下防雷方法是加强避雷设备的有效运用比如运用避雷针避雷线等但是避雷器也有其局限性为了更好的抵抗雷击保护高铁运营通畅可以将抗雷击胶粘复合材料用于其中可以起到一个双层保护作用而且牵引变电所内部电器设备需要处理好绝缘问题抗雷击胶粘复合材料还可以起到很好的绝缘作用
3.3 胶粘复合材料在高铁车体的发展
抗雷击胶粘复合材料目的主要是为了防雷作用但是因其耐腐蚀性隔热性质量轻等优势可以用于其他部分如高铁中的车体车体使用的材料需要满足良好的隔热性目的在于发生火灾时能隔绝热量阻止火灾蔓延还要有良好的震动性能防止列车碰撞时造成的后果近些年已经有列车生产商准备使用复合材料抗雷击胶粘复合材料作为车体也可以起到一定的防雷作用而且能满足车体空气动力学的要求成本也低廉具有很好的灵活性所以将抗雷击胶粘复合材料用于车体可以作为以后研发对象
3.4 胶粘复合材料在高铁受电弓滑板的发展
在高铁中受电弓滑板是其关键部位它是为列车传输电的输电架容易收到雷电袭击一旦被雷击就会造成严重问题用做受电弓滑板的材料必须有抗电弧冲击性能抵抗雷击还要有良好的导电性表面润滑而且耐磨如果将抗雷击胶粘复合材料用于其中既可以起到很好的抗雷击作用抗雷击胶粘复合材料耐磨强度大等特性正符合受电弓滑板的要求将受电弓滑板表面涂抹抗雷击胶粘复合材料可以保护受电弓滑板不受破坏或破坏程度较小
4 结论
抗雷击胶粘复合材料在高铁接触网中起到较好的防雷作用相对于传统的避雷器其只对附近区域有防雷作用而抗雷击胶粘复合材料打破了这种局限性只要是涂抹抗雷击胶粘复合材料就可以防止雷击当抗雷击胶粘复合材料涂抹层为0.2mm 时抗雷效果更佳且重量小
抗雷击胶粘复合材料不止用于接触网中在高铁中能运用的地方较多如牵引变电所信号设备等容易被雷击的重要部分即抗雷击胶粘复合材料对高铁的发展起到至关重要的作用
