隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,世界逐漸融為一體,城鎮(zhèn)與城鎮(zhèn)之間的距離一再縮短,人們出行依靠的是交通工具,日漸成為現(xiàn)代生活中不可或缺的重心。
水運(yùn),陸運(yùn),空運(yùn),客運(yùn)汽車(chē),高鐵和飛機(jī)。
種類(lèi)繁雜的現(xiàn)代交通工具數(shù)不勝數(shù),但是交通工具的制造速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上人類(lèi)出行需求的增長(zhǎng)
為了擴(kuò)張交通樞紐的規(guī)模,進(jìn)一步滿足人們的出行需求,我國(guó)計(jì)劃在2030年之前實(shí)現(xiàn)全國(guó)縣城的鐵路覆蓋。
這一目標(biāo)意味著我國(guó)對(duì)于制造高鐵的材料要求的嚴(yán)格性與需求量將持續(xù)增長(zhǎng)。
為了減少鋼鐵資源的消耗,同時(shí)也創(chuàng)造更新型環(huán)保的高鐵列車(chē),我國(guó)發(fā)明了一種新型的能源材料:竹纏繞復(fù)合纖維。
你聽(tīng)說(shuō)過(guò)用竹子制作的高鐵列車(chē)嗎?
如果放在20年前,我肯定覺(jué)得這是一個(gè)天大的笑話,這種想法簡(jiǎn)直是異想天開(kāi)。
但是現(xiàn)在科技的發(fā)展如此迅速,一切皆有可能。中國(guó)的科技大佬就發(fā)明出一項(xiàng)全新的環(huán)保材料——用竹纖維制造的高鐵外殼。
目前,中國(guó)的高鐵已經(jīng)排入全球最優(yōu)交通工具前五名,并且擁有全球最大規(guī)模的高鐵網(wǎng)絡(luò)和行駛速度最快的列車(chē),但是在列車(chē)的建材上始終沒(méi)有新的突破。
因此在潛心研究多種材料之后,中國(guó)科技代表團(tuán)再次突破高鐵業(yè)界的天花板——采用竹纖維制作高鐵外殼。
專家表示,這種全新的復(fù)合材料比傳統(tǒng)復(fù)合材料更加輕便,使用后可以極大降低高鐵車(chē)廂的自重和運(yùn)行消耗的能源,未來(lái)有望全面推廣。
全球高鐵列車(chē)的主要材料一直都是由高強(qiáng)度的鋁合金和其他復(fù)合材料兩種材質(zhì)組成,其中,鋁合金主要用來(lái)制造車(chē)身大梁,承受列車(chē)運(yùn)行時(shí)大部分的阻力,載重等等。
復(fù)合材料負(fù)責(zé)制造車(chē)廂的外殼以及其他次要承力部件等。
復(fù)合材料一般由樹(shù)脂基體和增強(qiáng)纖維兩個(gè)部分組成。傳統(tǒng)復(fù)合材料使用的增強(qiáng)纖維主要是玻璃纖維和碳纖維,科學(xué)家從竹子中提取天然的木質(zhì)纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的增強(qiáng)纖維。
這種天然木質(zhì)纖維重量遠(yuǎn)低于玻璃纖維和碳纖維,用這種新型復(fù)合材料制造出的高鐵列車(chē),可以比傳統(tǒng)材料制造的列車(chē)自身重量輕20%左右,運(yùn)行時(shí)可以節(jié)省約25%甚至更多的推進(jìn)能源。
要知道,高鐵列車(chē)在高速運(yùn)行時(shí)會(huì)消耗大量能源,如果將中國(guó)大部分高鐵列車(chē)的外殼更換為竹制纖維材料制造,每年可以節(jié)省相當(dāng)可觀的一筆能源費(fèi)用。
而且相比傳統(tǒng)復(fù)合材料,竹制復(fù)合材料還有環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
玻璃纖維和碳纖維在提取制作的過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣。
這些工業(yè)廢渣無(wú)法處理,最終就會(huì)成為垃圾被填埋,因此使用玻璃纖維和碳纖維會(huì)造成大量的資源消耗。
但是竹制纖維是從竹子中提取天然的木纖維,提取完纖維之后,剩余的竹子殘?jiān)€可以循環(huán)利用,再加工之后制成其他物品,不會(huì)制造工業(yè)垃圾,同時(shí)減少資源消耗,也很環(huán)保。
這種新型竹纖維材料是對(duì)竹子的原材料進(jìn)行深加工,先從各種竹材、竹纖維板中獲取超薄竹片。
再使用特殊的技術(shù)對(duì)竹片接口處進(jìn)行納米粘合,最后采用特殊的纏繞工藝將其加工成型,就成了竹纏繞復(fù)合纖維。
這種竹纏繞復(fù)合纖維一經(jīng)問(wèn)世,便引起了全球的廣泛關(guān)注。紛至沓來(lái)的首先是人們的質(zhì)疑聲。
這種竹纖維耐用嗎?能受得了刀劈斧砍火燒嗎?能受得了高速度下的強(qiáng)壓強(qiáng)嗎?
首先,竹子本身就是具有良好的韌性的,竹纖維的軸向拉伸能力十分強(qiáng),彈性好。
雖然竹子看起來(lái)似乎極易折斷,但其實(shí)這是靜態(tài)表象下的一種張力表現(xiàn)。
實(shí)際上竹子的韌性是很強(qiáng)的,在中國(guó)古代,就有人使用竹子做弓箭和彈射器等大型冷兵器,使用效果非常好。因此竹子其實(shí)是非常理想的材料。
其次,科學(xué)家只是從竹子中提取了木質(zhì)纖維,并不是使用竹子去做高鐵的外殼。
提取出的木質(zhì)纖維還要經(jīng)過(guò)加工和與其他材料復(fù)合。最終所形成的材料經(jīng)過(guò)技術(shù)檢驗(yàn)合格之后,才會(huì)投入生產(chǎn)。
而且竹纖維是用在高鐵外殼的增強(qiáng)纖維部分,是負(fù)責(zé)車(chē)廂外殼和次要承力部件的,它只是高鐵列車(chē)抗壓防震部件中的一環(huán),并且不是制造列車(chē)主干骨的部分。
竹纏繞復(fù)合纖維的硬度和強(qiáng)度雖然不如玻璃纖維和碳纖維,但是它勝在韌度和輕薄程度上,在高速鐵路上,當(dāng)列車(chē)高速地行駛在軌道上時(shí),材料的硬度和強(qiáng)度其實(shí)已經(jīng)失去了意義。
舉個(gè)例子,一滴水從100層樓高的地方跌落下來(lái),都可以變成一把殺人的利劍。
這說(shuō)明在重力和速度的作用下,物體的硬度和強(qiáng)度不再是原本的數(shù)據(jù)情況,原本不具有穿透力的物體增加了穿透力。
因此當(dāng)列車(chē)高速行駛的時(shí)候,竹纖維和玻璃纖維以及碳纖維都會(huì)因速度而變成一把利劍,不容易被擊穿
此時(shí)硬度和強(qiáng)度的比較就失去了意義。而竹纖維的韌性將會(huì)延長(zhǎng)材料使用的壽命,同時(shí)它的輕薄程度可以使列車(chē)減輕重量,減少消耗能源。
科學(xué)家表示未來(lái)會(huì)全面推廣這種新型材料。雖然每輛高鐵列車(chē)在出廠之前都會(huì)經(jīng)過(guò)合格檢驗(yàn),確保質(zhì)量。
但是仍然有人持有質(zhì)疑的態(tài)度:認(rèn)為竹纖維材料不能全面推廣。
那么竹纏繞復(fù)合纖維究竟是否能夠推廣呢?我們還要說(shuō)回這個(gè)理念最初提出時(shí)的目的上——就是環(huán)保。
竹纏繞復(fù)合纖維的發(fā)明的確使高鐵材料走向更輕盈的新時(shí)代,對(duì)高鐵能源的節(jié)約產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍,這看起來(lái)是一項(xiàng)十分環(huán)保的技術(shù),但凡事都有兩面性。
竹纏繞復(fù)合纖維是從竹子中提取的,我國(guó)的竹林?jǐn)?shù)量雖然眾多,但是要想將一支小竹子養(yǎng)成一根可以供工業(yè)使用的竹子,需要經(jīng)過(guò)很多年。
如果用種子培養(yǎng)竹子,需要幾十年的時(shí)間才能長(zhǎng)到可以砍伐使用的程度。若使用地下莖培養(yǎng)竹子,也要3到5年才能長(zhǎng)到規(guī)定的粗度。
且竹子對(duì)生長(zhǎng)土壤的要求也十分苛刻,要求土質(zhì)深厚肥沃,是富含有機(jī)質(zhì)和礦物元素的偏酸性土壤。因此培育竹子需要開(kāi)拓大片專用的土地,這就增加了投入成本。
由此看來(lái),竹子這種資源,如果作為工業(yè)用途的話可再生的能力不夠強(qiáng),很容易被砍光用盡,難以再生。
這樣看來(lái),竹纏繞復(fù)合纖維的使用,究竟算環(huán)保還是不環(huán)保呢?
新生事物的發(fā)展總是伴隨著質(zhì)疑和阻力,但是舊去的力量永遠(yuǎn)也無(wú)法拉住新生的腳步,盡管它拼命咆哮和阻止,新生的力量總能以高于缺點(diǎn)數(shù)倍的優(yōu)勢(shì)迅猛地成長(zhǎng)為新一代的主流。
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