A-10 Schienenverkehrs-Spezial-Flammhemmendes Prepreg

Flammgeschütztes Kohlefaser-Prepreg: Doppelte Garantie für Brandsicherheit und strukturelle Leistungsfähigkeit im Bereich des Schienenverkehrs

Im Bereich der Fertigung von Schienenfahrzeugen ist die Brandsicherheit von Materialien genauso wichtig wie deren strukturelle mechanische Eigenschaften. Dieses flammgeschützte Kohlefaser-Prepreg verwendet modifiziertes Epoxidharz als Kern-Harzsystem, kombiniert mit halogenfreiem flammhemmenden Harz und latentem Härter, und umfasst gängige Formen wie unidirektionales Kohlefaser-Prepreg und Kohlefasergewebe-Prepreg. Es erfüllt nicht nur die höchsten Brandschutzanforderungen nach DIN 5510 und EU EN45545 HL3 für den Schienenverkehr, sondern bietet auch eine materialspezifische Lösung, die Sicherheitsschutz und Leichtbauvorteile für die Karosseriestruktur sowie Inneneinbauteile von U-Bahnen, Hochgeschwindigkeitszügen und Regionalzügen vereint, wodurch die Anwendungslücke herkömmlicher Kohlefaser-Prepregs in stark flammgeschützten Anwendungsbereichen geschlossen wird.

Kernvorteil: Ausgewogenheit zwischen Brandsicherheit, struktureller Leistung und Prozessanpassungsfähigkeit

1. Die höchste Stufe der Brandzertifizierung, die eine solide Schutzlinie für die Sicherheit im Schienenverkehr bildet

Als speziell für den Einsatz im Schienenverkehr entwickeltes flammgeschütztes Prepreg erfüllt das Produkt die höchsten Branchenstandards hinsichtlich der Feuerbeständigkeit. Das Harzsystem verwendet eine dreifache Kombination aus „modifiziertem Epoxidharz + halogenfreiem flammhemmenden Harz + latentem Härter“. Die halogenfreie Formulierung verhindert bereits bei der Entstehung die Freisetzung giftiger Gase und korrosiver Rauchentwicklung während der Verbrennung und erfüllt damit die zentralen Anforderungen an die Sicherheit von Personen im Schienenverkehr; Latente Härter gewährleisten, dass das Prepreg während Lagerung und Verarbeitung stabil bleibt und erst bei bestimmten Temperaturen schnell aushärtet, ohne die Wirksamkeit der flammhemmenden Komponenten zu beeinträchtigen.

Laut autoritativen Prüfungen erfüllt das flammgeschützte Kohlenstoffaservorkonfektion zwei maßgebliche internationale, gängige Brandschutzstandards: Erstens den deutschen DIN5510-Standard, der bei Schlüsselkenngrößen wie Rauchdichte, Wärmefreisetzungsgeschwindigkeit und Flammenausbreitungsgeschwindigkeit die Stufen S4 (äußerst geringe Rauchdichte), SR2 (äußerst geringe Rauchgiftigkeit) und ST2 (langsame Flammenausbreitung) erreicht; zweitens die EU-Norm EN45545 HL3, die einem Hochtemperaturflammenbrand von mehr als 20 Minuten standhält und auch nach dem Abbrand eine bestimmte strukturelle Festigkeit behält, wodurch wertvolle Zeit für die Notfall-Evakuierung bei Zugbränden gewonnen wird. Im Vergleich zu herkömmlichem Kohlenstoffaservorkonfektion wurde die flammhemmende Leistung um über 100 % verbessert, wodurch die Schwachstellen der Entzündlichkeit und des hohen Rauchentwicklungspotenzials traditioneller Kohlenstoffasermaterialien vollständig behoben sind. Es eignet sich für Schlüsselkomponenten wie die Karosseriestruktur im Schienenverkehr, Sitzgestelle, Innentrennwände usw.

2. Mehrfache Produktabdeckung, angepasst an die komplexen strukturellen Anforderungen des Schienenverkehrs

• Die Produktfamilie umfasst zwei Kernformen: unidirektionales Carbonfaser-Prepreg und Carbonfaser-Gewirke-Prepreg, die je nach den strukturellen Anforderungen verschiedener Komponenten im Schienenverkehr flexibel ausgewählt werden können, um die Konstruktionsvorteile von „ein Material für mehrere Anwendungen“ zu erreichen.
• Unidirektionales Kohlenstoffaservorimpregnat: Es verwendet eine unidirektionale Anordnung von hochgerichteten Carbonfasern mit einer Faserlaufrichtigkeit von über 99 % und hervorragenden axialen mechanischen Eigenschaften. Geeignet für strukturelle Bauteile wie Seitenwände der Fahrzeugkarosserie und Querträger des Fußbodens, die Längslasten tragen müssen. Es verbessert die Zug- und Biegefestigkeit der Bauteile bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung und kann im Vergleich zu herkömmlichen Metallwerkstoffen das Gewicht um 30 % bis 40 % senken.
• Kohlefasergewebepreg Basierend auf Leinwandbindung, Köperbindung und anderen Gewebestrukturen weist es hervorragende in-plain isotrope Eigenschaften sowie höhere Schlag- und Scherfestigkeit auf. Kann für Komponenten wie Zug-Sitzrahmen, Innendekorplatten, Gepäckablagen usw. verwendet werden. Es gewährleistet nicht nur Sicherheit durch flammhemmende Eigenschaften, sondern verbessert auch die Ästhetik des Innenraums durch Gewebestrukturen

Beide Formen flammgeschützter Prepregs können einzeln oder kombiniert zum Aufbau von Lagen verwendet werden. Zum Beispiel kann die Fahrzeugstruktur ein Verbunddesign aus „unidirektionalem Prepreg + Gewebe-Prepreg“ aufweisen, wobei das unidirektionale Material in Längsrichtung zur Steigerung der Festigkeit eingesetzt wird und lokal verwebtes Material die Schlagfestigkeit erhöht, um so eine Balance zwischen struktureller Leistung und Anforderungen des Einsatzszenarios zu erreichen.

3. Hervorragende mechanische Eigenschaften, die Leichtbau und strukturelle Stabilität ausbalancieren

Als Hochleistungs-Carbonfaser-Prepreg verzichtet das Produkt bei seinen flammhemmenden Eigenschaften nicht auf die mechanischen Vorteile der Carbonfaser selbst. Durch die Optimierung des Haftverbunds zwischen Harz und Carbonfaser kann das Harz den Faserstrang gleichmäßig infiltrieren, Blasen und Defekte an der Grenzfläche reduzieren und die mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs vollständig ausschöpfen. Nach Prüfung weist der aus dem flammgeschützten Carbonfaser-Prepreg hergestellte Verbundwerkstoff eine Zugfestigkeit in 0°-Richtung von über 1800 MPa, einen Zugmodul in 0°-Richtung von über 120 GPa und eine Biegefestigkeit von über 1500 MPa auf. Selbst in komplexen Einsatzumgebungen wie hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Schienenverkehr liegt die Erhaltungsrate der mechanischen Eigenschaften weiterhin bei über 85 %. Im Vergleich zu herkömmlichen flammgeschützten Metallmaterialien (wie flammgeschützten Aluminiumlegierungen) kann das Produkt bei gleicher struktureller Festigkeit um 40–50 % leichter ausgeführt werden, wodurch direkt der Gesamtenergieverbrauch und die Belastung der Gleise durch Züge reduziert werden – dies entspricht dem Entwicklungstrend zur „Leichtbauweise und Energieeinsparung“ im Schienenverkehr.

Gleichzeitig wird die Produktdichte streng auf nicht weniger als 5 % kontrolliert, um eine gleichmäßige Verteilung der Fasern im Prepreg sicherzustellen, schwache mechanische Eigenschaften aufgrund eines lokal niedrigen Fasergehalts zu vermeiden, die strukturelle Stabilität des Zuges während des Langzeitbetriebs zu gewährleisten und die Wartungskosten zu senken.

4. Flexible Anpassung des Verfahrens, um den Anforderungen der großtechnischen Produktion im Schienenverkehr gerecht zu werden

Um den Produktionsmerkmalen von Schienenfahrzeugkomponenten mit „mehreren Spezifikationen und großen Mengen“ gerecht zu werden, weist dieses flammhemmende Carbonfaservorprodukt eine hohe Prozessanpassungsfähigkeit auf und ist mit den beiden gängigen Verfahren der Heißpressformgebung und der Druckformgebung kompatibel. Der Aushärtungstemperaturbereich ist breit, von 100 bis 160 °C. Unternehmen können die Prozessparameter flexibel an die Anforderungen ihrer vorhandenen Ausrüstung und Komponenten anpassen, ohne zusätzliche Umbauten vornehmen zu müssen, wodurch die Produktionshürden gesenkt werden.

• Heißpressformung: Geeignet für große und komplexe Strukturbauteile (wie die gesamte Seitenwand der Fahrzeugkarosserie), wird das Prepreg-Material durch die gleichmäßige Druck- und Temperatursteuerung im Heißpressofen vollständig ausgehärtet. Die Oberflächengüte der Formteile ist hoch, mit wenigen inneren Defekten und stabilen mechanischen Eigenschaften, wodurch die hohen Anforderungen an Ästhetik und Struktur der Fahrzeugkarosserie erfüllt werden können.
• Druckform: geeignet für kleinere und mittlere standardisierte Bauteile (wie Sitzgestelle und Innenauskleidungen), hohe Formgebungseffizienz, kurze Produktionszyklen, die Produktionszeit pro Zyklus kann unter 30 Minuten gehalten werden. Es eignet sich für den serienmäßigen Produktionsrhythmus des Schienenverkehrs, und das Pressformverfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle der Maßgenauigkeit der Bauteile, wodurch nachfolgende Bearbeitungsschritte reduziert werden.

Darüber hinaus weist das vorimprägnierte Material eine hervorragende Lagerstabilität auf und kann bei einer niedrigen Temperatur von -18 ℃ länger als 6 Monate gelagert werden. Nach dem Herausnehmen kann es ohne langwieriges Wiedererwärmen direkt in die Produktion eingebracht werden, wodurch die Produktionswartezeit verkürzt und die Produktionseffizienz gesteigert wird.

5. Differenziertes Design, Schaffung von marktbezogenen Wettbewerbsvorteilen

Dieses Produkt begründet seine Kernwettbewerbsfähigkeit im Vergleich zu anderen flammhemmenden Prepreg-Produkten derselben Kategorie auf dem Prinzip „geringe Wiederholbarkeit + hohe Individualisierung“. Einerseits erfolgt eine differenzierte Auslegung hinsichtlich Harzformulierung, Faserauswahl und Prozessparametern – beispielsweise werden dem Harzsystem spezielle alterungsbeständige Inhaltsstoffe zugesetzt, wodurch die Lebensdauer der Produkte unter Dauerbelastung durch Sonneneinstrahlung sowie wechselnde Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen im Schienenverkehr auf über 15 Jahre verlängert wird, deutlich länger als die durchschnittliche Lebensdauer vergleichbarer Produkte von 10 Jahren. Andererseits können kundenspezifische Anpassungen angeboten werden, wie etwa die Einstellung der Flammhemmstufen (je nach Bedarf von EN45545 HL1 bis HL3 anpassbar), die Optimierung der Aushärtungstemperaturen (angepasst an unterschiedliche Geräte-Temperaturbereiche) oder die Anpassung der Faser-Oberflächendichte (vollständig abgedeckt von 100 g/㎡ bis 600 g/㎡), um den individuellen Anforderungen verschiedener Bauteile im Schienenverkehr (von Struktur- bis hin zu Innenteilen) gerecht zu werden und somit Druck durch homogene Marktkonkurrenz zu vermeiden.