碳纤维复合材料在轨道交通上的应用发展

  为实现低碳环保、节能降耗的目标,轨道交通轻量化的设计理念应运而生。与传统的镁、铝合金相比,碳纤维增强树脂基复合材料因质量轻、强度高、抗疲劳、耐腐蚀等性能成为设计首选材料。

  美国、德国、日本在20世纪90年代已将碳纤维增强树脂基复合材料应用在轨道交通上,但仅局限于列车的导流罩、裙板、过渡钩等零部件。21世纪碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通领域得到广泛的推广,法国研制的TGV挂车,韩国开发的TTX摆式列车车体均以不锈钢为骨架,用碳纤维蜂窝夹层结构制作顶盖和墙体,质量比采用铝合金材料降低40%,并且车体的静强度、安全系数、阻燃性均符合指标要求,现已批量化生产并运营。

  目前,国内碳纤维增强树脂基复合材料在轨道交通中的应用仍然是以转向架、轮架体、司机台、座椅等非主承载结构件为主,而在大型主承载力结构件方面的应用则寥寥无几。近期,中车青岛四方机车车辆股份有限公司采用模压及袋压成型工艺制作了碳纤维增强树脂基复合材料设备舱,降低了构件数目,易于拆装,提高了抗冲击性能及高温抗侵蚀性。中车长春轨道公司开发了碳纤维增强树脂基复合材料地铁壳体,整车车长19m,车宽2.8m,比金属减重约30%,采用机械连接一体化成型技术,确保了尺寸精度和表观质量,提高了运载能力,降低了轨道损耗及噪声干扰。

  目前,我国碳纤维复合材料完整的产业链已基本形成,但与国外发达国家相比,在高性能碳纤维复合材料的高品质及低成本化方面仍存在一定差距,整体应用技术方案及产业相关的配套系统尚未健全。碳纤维增强树脂基复合材料的发展需要国家、企业的共同努力与支持,加强碳纤维领域专业人才的培养和引进力度,组织并创建研发团队,提供专业装备的配套设施服务,鼓励参与项目研发设计,降低生产成本,提高产品质量。