◎本報記者 李 禾

可再生輕質阻尼減震復合材料具有原材料來源廣泛、可再生、無污染、密度小、質量輕、耐疲勞、抗沖擊，以及減振隔音效果和防火阻燃性能優異等優點，符合軌道交通車輛底板的綜合性能要求，未來可在高鐵、地鐵、公交等車廂上大顯身手，進行大面積推廣。

當前，世界上高速鐵路正快速發展，但隨著高鐵列車速度的不斷提高，由金屬材料制造的傳統列車面臨振動強、阻力大、噪聲高等問題。特別是在包括高原、沙漠在內的高溫、高寒、高海拔等復雜多變的環境里，現有金屬材料暴露出減震隔音性能差、能耗高等問題。

近日，國際竹藤中心科研團隊和福建和其昌竹業股份有限公司，在仿生竹材強韌性能開發可再生輕質減震型軌道交通車輛底板材料方面取得重要進展。受竹子的生物結構啟發，他們提出了輕質減震型軌道交通車輛底板的層積結構設計策略，仿生制備出具有類似竹材壁層結構的復合材料。這種利用竹材、木材等天然綠色材料制備而成的可再生輕質阻尼減震復合材料，具有輕質減震、阻燃、耐疲勞和抗沖擊等特點，成為高鐵等軌道交通車輛底板用材的重要研發方向。

“目前，時速為250公里的高鐵列車，車輛底板材料多使用碳素鋼和不銹鋼，但是這兩種材料密度大，導致車廂偏重、耗能偏大，且容易受環境腐蝕，設計時需要留出較高的腐蝕余量。時速為350公里的高鐵列車，車輛底板材料多使用鋁合金和碳纖維復合材料，這兩種材料密度較小、耗能小、延展性好、耐腐蝕，但價格昂貴。”國際竹藤中心博士研究生韓善宇說，上述金屬材料均屬于不可再生材料，減震隔音性能差。

竹子是一種天然的纖維增強生物質復合材料，經過千百萬年的自然進化形成了精巧有序的梯度層積和多孔隙結構、多層級界面。梯度層積結構是指竹竿中纖維分布密度，沿著竹壁自表皮向內層遞減，因此竹材的力學性能也是逐漸變化的，呈現出明顯的功能梯度特性，加上竹材結構是由纖維—纖維、纖維—薄壁細胞、薄壁細胞—薄壁細胞等多項界面組成的，使其具有天然的強韌性能和阻尼性能。

國際竹藤中心副研究員陳復明說，他們模仿天然竹材的結構和功能，將幾種容易獲取的材質輕軟的速生人工林木材單板與廢棄橡膠單板層積熱壓復合，然后將高強度、高硬度，且具有多孔結構特征的竹炭塑板置于表層，進行二次冷壓復合成型，得到類似于竹子的、具有梯度層積結構、多孔隙結構和多層級界面特性的可再生輕質阻尼減震復合材料。阻尼有助于減小材料結構的共振振幅，可避免因動應力達到極限而造成結構破壞，使材料可以快速恢復到穩定狀態，并降低噪聲等。

該復合材料具有原材料來源廣泛、可再生、無污染、密度小、質量輕、耐疲勞、抗沖擊，以及減振隔音效果和防火阻燃性能優異等優點，符合軌道交通車輛底板的綜合性能要求。

國際竹藤中心研究員王戈說，一般的竹木質結構材料經常應用于建筑、裝飾裝修和家具領域，較少應用在高鐵上。如今通過研究創新，第一批具有輕量化、高強度、高耐候的可再生輕質阻尼減震復合材料產品已成功應用于部分時速350公里的高鐵車廂底板上，未來可在高鐵、地鐵、公交等車廂上大顯身手，進行大面積推廣。