淺談復(fù)合材料在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用

黎偉俊

摘要：復(fù)合材料以其質(zhì)輕，高模量，性能好，已廣泛應(yīng)用于高端產(chǎn)業(yè)，航空航天，汽車運輸、日常用品，裝飾材料等行業(yè)領(lǐng)域。本文主要分析復(fù)合材料的性能特點，結(jié)合電梯零部件的性能與結(jié)構(gòu)，為電梯結(jié)合復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 復(fù)合材料

1.1 復(fù)合材料簡介

復(fù)合材料由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過各種工藝手段組合而成。復(fù)合材料的各個組成材料在性能上起協(xié)同作用。它具有剛度大、強度高、質(zhì)量輕等特點，可根據(jù)使用條件進行設(shè)計與制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結(jié)構(gòu)材料和功能材料的性能。

總體來說，復(fù)合材料具有比強度和比模量高，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，減摩、耐磨、自潤滑性好，高韌度和高抗熱沖擊性，耐熱性好，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性良好等性能。

1.2 復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，復(fù)合材料應(yīng)用越來越廣泛，復(fù)合材料的發(fā)展也越來越迅速。在航空航天領(lǐng)域，空客A380采用了自重22%的復(fù)合材料，波音B7E7采用了高達自重50%的復(fù)合材料，大大減輕了重量，運輸效率提高。在汽車發(fā)展上，減重能提高燃油經(jīng)濟型，采用新材料是汽車輕量化發(fā)展的重要道路之一。在建筑領(lǐng)域，副耳環(huán)材料已廣泛應(yīng)用于墻體材料，防水材料，裝飾材料，增強用材料。復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)加固中起到重要作用。在日常民用領(lǐng)域，比較常見的有體育用品，羽毛球拍，自行車，釣魚竿等等。而在電梯領(lǐng)域，電梯主體部件，轎廂，轎底架，對重架，防護欄等普遍運用傳統(tǒng)鋼鐵材料，在復(fù)合材料的運用上，比較常見僅僅有對重塊，地坎，導(dǎo)靴靴襯，導(dǎo)向輪等，在主體部件如轎底架，轎廂，立柱，安全部件等的應(yīng)用仍然比較少見，可見復(fù)合材料在電梯領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Σ恍　?/p>

2 復(fù)合材料在電梯領(lǐng)域的應(yīng)用

復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲，抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，可用于制作電梯各種部件。

2.1 陶瓷基復(fù)合材料在安全部件的應(yīng)用

電梯緊急制動過程是一個劇烈的摩擦過程，主要有以下幾個特點，制動時間短，通常不超過1s；摩擦力大，摩擦力約為6000kgf；瞬間產(chǎn)生的溫度達到1000℃以上。而在越來越多的1.75m/s以上中高速電梯制動過程中，在電梯制動時間不變的情況下，摩擦力會更大，瞬間產(chǎn)生的溫度會更高。這對于安全鉗楔塊高溫摩擦性能、高溫耐磨損性能及高溫抗氧化性能提出了更高的要求?，F(xiàn)有安全鉗楔塊材料多是45號鋼材料淬火，表面涂層加強硬度和避免高溫氧化。45號鋼淬火之后最高硬度為HRC55，能達到安全鉗的使用要求。但是當(dāng)安全鉗動作的時候，高溫容易使鋼鐵楔塊氧化，易生成容易剝落的氧化皮，高溫也會使鋼鐵楔塊表面金相組織發(fā)生變化，改變楔塊力學(xué)性能，降低楔塊硬度，多次使用會對安全鉗制動性能造成影響。

陶瓷基復(fù)合材料的主要基體是玻璃陶瓷、氧化鋁及氮化硅等，具有高溫強度好、耐磨性好、耐腐蝕性好、膨脹系數(shù)低、密度低及隔熱性好等特性，是用于制作安全部件楔塊的理想材料。陶瓷復(fù)合材料在用于制動方面也早有先例。法國已經(jīng)將長纖維增強碳化硅復(fù)合材料應(yīng)用于制作高速列車的制動器件，并且取得比傳統(tǒng)制動器件更加優(yōu)良的效果。高強度，高耐熱性，高耐磨度的陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用大大提高了安全部件的可靠性和使用壽命。

2.2 碳纖維增強復(fù)合材料在轎架上的應(yīng)用

碳纖維復(fù)合材料具有低密度、高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕等特點，是代替鋼鐵制作電梯零部件的理想材料。

電梯普遍使用鋼鐵材料制造零部件，鋼鐵材料在電梯上的占有率超過了95%，一臺電梯的轎廂，不算上裝飾，一般自重都在1000kg-1300kg。碳纖維復(fù)合材料密度1.45g/cm3，鋼材密度7.85g/cm3，利用碳纖維復(fù)合材料替代鋼鐵材料能有效降低電梯自重。降低自重有以下好處：1.降低安裝難度，提高安裝效率，質(zhì)量；2.減輕轎廂自重引起的對鋼絲繩的摩損，提高電梯使用壽命；3.減少電梯運行效能，節(jié)能環(huán)保。另外，由于碳纖維復(fù)合材料成型靈活，相對于鋼鐵材料需要焊接拼接的零部件，例如轎底架，立柱橫梁等零部件，應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料可以一次成型，提高零部件的整體性，減低因焊接質(zhì)量參差不齊出現(xiàn)的焊接缺陷。

2.3 玻璃鋼在功能件上的應(yīng)用

玻璃鋼復(fù)合材料有玻璃那樣的色澤和形體，且具有質(zhì)輕而硬、隔熱、不導(dǎo)電、機械強度高及耐腐蝕等。在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用：對重防護欄，轎頂防護欄，轎頂電氣箱體，控制柜柜體，轎廂壁板，主機防塵板，導(dǎo)向輪防護罩等。這些零部件對材料的要求有：一定的力學(xué)強度，絕緣隔熱，耐腐蝕耐高溫。玻璃鋼與普通鋼材相比，拉伸強度接近鋼材，比強度則遠遠超越鋼材，大約是傳統(tǒng)鋼材的4倍。價格方面，玻璃鋼的價格2600-2800元/噸，比鍍鋅板3722/噸便宜，比不銹鋼板16000/噸便宜將近1/6。在對重防護欄，轎廂壁板，轎頂防護欄，控制柜這些需材量多的地方應(yīng)用玻璃鋼，可有效降低成本和重量，并且也免去了鋼鐵材料需要做的防腐處理，鍍鋅，噴漆等，有利于環(huán)保。

3 總結(jié)

復(fù)合材料應(yīng)用于電梯上的主要障礙主要是復(fù)合材料的生產(chǎn)效率和價格?，F(xiàn)有的生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)效率遠遠滿足不了市場的需求，導(dǎo)致復(fù)合材料的價格居高。但是隨著社會發(fā)展，技術(shù)的進步，對復(fù)合材料的需求量會越來越多，必然會拉動復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)效率的提高。復(fù)合材料價格會越來越便宜，應(yīng)用會越來越廣泛。提前做好對復(fù)合材料技術(shù)的儲備，了解復(fù)合材料的發(fā)展動向，對未來電梯技術(shù)結(jié)合復(fù)合材料技術(shù)做好準(zhǔn)備。

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