碳纤维材料助力轨道交通轻量化发展

　　随着社会的进步，轨道交通行业迅速发展，拉近了城与城之间的距离。但车辆的增多也带来了环境污染、能源消耗等问题，节能、环保、轻量化逐步成为关注的重点。轻量化是减少列车运行能耗的关键指标，它是一个系统工程，包括设计观念、设计方法、新材料选用等诸多方面,而在改进铁路技术装备的战略系统领域，最为优先的科研方向之一就是采用新材料。

　　据清华大学交通研究所所长陆化普介绍，目前稠密大气是限制轨道交通发展的根本原因，当时速大于400km/h时，空气阻力占列车运行总阻力的70%以上，轻量化材料是解决该问题的的的重要方法，由于碳纤维密度仅有1.6g/cm^3左右，只有铝合金的2/3，采用碳纤维材料不仅可以起到明显减重效果，而且具有增强作用，因此用在轨道车辆上可大幅度降低车身自重从而达到节能减排的作用。目前威盛新材研发成功的阻燃增韧碳纤维材料对轨道车辆轻量化起到了非常重要的作用，比起其它的新型材料，碳纤维更胜一筹，有着金属、玻璃钢都无法比拟的优势，在轨道交通领域有很大的潜在市场和发展前景。但是它要在列车的大型构件上使用，还面临着挑战。我们曾经计算过，碳纤维复合材料结构件中，原材料的成本占总研发成本的26%，碳纤维则占原材料的55%~68%重，如果减重目标为25%，成本将是铝合金构件成本的2.5倍，其大型构件想要得到应用必须严格控制成本。

　　目前，在轨道车辆制造中，车窗、屏风、行李架仍是采用聚碳酸酯材料，俗称PC，它具有有重量轻、韧性强度高、隔热性好、隔音效果好、防划伤等优势，重量只有玻璃的一半，减重效果明显；它的K值比玻璃低10%，冬天保温、夏天隔热，冬暖夏凉，保持室内舒适的环境；它的阻隔分贝值比玻璃高10%，更好阻绝噪音；经硬化涂覆处理后，它的抗划伤效果也可和玻璃媲美。而其他列车车体、管道、压力容器、扶手、装饰件等均是采用铝合金，和传统的不锈钢相比，它在重量上很有优势，且防腐蚀性、焊接成型性、机械性都不错。如果想提高铝合金扶手表面的硬度和耐磨性，可以对原料进行硬质氧化处理。碳纤维是21世纪的新型材料，不仅拥有碳材料固有的特性，还有着纤维的柔软可加工性，是未来轨道车辆大幅度应用的首选材料。

　　当前，我国的轨道交通建设处于又一轮高速发展的阶段，本世纪初我国铁路只有7万多公里，列车最高速度160km/h，2004年在原有线路上进行改造，提速到200~250km/h，2008年的京津客运专线更是达到了350~380km/h，不到十年时间完成了发达国家几十年的发展历程。截止到2005年末，我国累计有25个城市建成投运成轨线路116条，运营路线长度3618公里。据专家估计，到2020年，我国铁路营业里程将达到12万公里，高速铁路营业里程达1万6千公里，占全世界高速铁路里程的一半。根据铁路“十三五”规划，“十三五”期间全国新建铁路不低于2.3万公里，总投资不低于2.8万亿元，在轨道交通领域中，尽管钢材的使用仍保持着主导地位，但各种新材料在列车上的应用比例正在发生变化，碳纤维材料的在轨道车辆上的应用也将得到空前发展。