淺談復合材料在電梯領域的應用

黎偉俊

摘要：復合材料以其質輕，高模量，性能好，已廣泛應用于高端產業，航空航天，汽車運輸、日常用品，裝飾材料等行業領域。本文主要分析復合材料的性能特點，結合電梯零部件的性能與結構，為電梯結合復合材料技術發展提供參考。

1 復合材料

1.1 復合材料簡介

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

總體來說，復合材料具有比強度和比模量高，化學穩定性優良，減摩、耐磨、自潤滑性好，高韌度和高抗熱沖擊性，耐熱性好，導電和導熱性良好等性能。

1.2 復合材料的廣泛應用

隨著社會的進步和科技的發展，復合材料應用越來越廣泛，復合材料的發展也越來越迅速。在航空航天領域，空客A380采用了自重22%的復合材料，波音B7E7采用了高達自重50%的復合材料，大大減輕了重量，運輸效率提高。在汽車發展上，減重能提高燃油經濟型，采用新材料是汽車輕量化發展的重要道路之一。在建筑領域，副耳環材料已廣泛應用于墻體材料，防水材料，裝飾材料，增強用材料。復合材料在結構加固中起到重要作用。在日常民用領域，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鋼鐵材料，在復合材料的運用上，比較常見僅僅有對重塊，地坎，導靴靴襯，導向輪等，在主體部件如轎底架，轎廂，立柱，安全部件等的應用仍然比較少見，可見復合材料在電梯領域的發展潛力不小。

2 復合材料在電梯領域的應用

復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 陶瓷基復合材料在安全部件的應用

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生變化，改變楔塊力學性能，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。陶瓷復合材料在用于制動方面也早有先例。法國已經將長纖維增強碳化硅復合材料應用于制作高速列車的制動器件，并且取得比傳統制動器件更加優良的效果。高強度，高耐熱性，高耐磨度的陶瓷基復合材料的應用大大提高了安全部件的可靠性和使用壽命。

2.2 碳纖維增強復合材料在轎架上的應用

碳纖維復合材料具有低密度、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。碳纖維復合材料密度1.45g/cm3，鋼材密度7.85g/cm3，利用碳纖維復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，節能環保。另外，由于碳纖維復合材料成型靈活，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，應用碳纖維復合材料可以一次成型，提高零部件的整體性，減低因焊接質量參差不齊出現的焊接缺陷。

2.3 玻璃鋼在功能件上的應用

玻璃鋼復合材料有玻璃那樣的色澤和形體，且具有質輕而硬、隔熱、不導電、機械強度高及耐腐蝕等。在結構件上的應用：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，導向輪防護罩等。這些零部件對材料的要求有：一定的力學強度，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，有利于環保。

3 總結

復合材料應用于電梯上的主要障礙主要是復合材料的生產效率和價格?，F有的生產工藝的生產效率遠遠滿足不了市場的需求，導致復合材料的價格居高。但是隨著社會發展，技術的進步，對復合材料的需求量會越來越多，必然會拉動復合材料的生產工藝，生產效率的提高。復合材料價格會越來越便宜，應用會越來越廣泛。提前做好對復合材料技術的儲備，了解復合材料的發展動向，對未來電梯技術結合復合材料技術做好準備。

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