碳纖維復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用優(yōu)勢

　　輕量化是最大化減少列車運(yùn)行能耗的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維手機(jī)殼外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。由金屬制造的軌道列車，雖車體強(qiáng)度高，但質(zhì)量大、能耗高。以C20FICAS不銹鋼(不銹耐酸鋼)地鐵列車為例，其運(yùn)行15萬km約消耗540000 GJ能量，按其中的5%用于克服車體的承載結(jié)構(gòu)質(zhì)量計(jì)算，如列車質(zhì)量能最大化減少30%，則可節(jié)能27000GJ×30%=8100 GJ。

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  　　碳纖維復(fù)合材料(Material)是新一代高速軌道列車車體選材的重點(diǎn)(zhòng diǎn)，它不僅可使軌道列車車體輕量化，還可改進(jìn)高速運(yùn)行性能、降低能耗、減輕環(huán)境污染、增強(qiáng)安全性。碳纖維復(fù)合材料此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國家（美國、德國、日本、韓國），對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù)，保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前，我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口，還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大，硬度高，遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此，碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，CFRP在軌道車輛領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢：從車箱內(nèi)飾、車內(nèi)設(shè)備(shèbèi)等非承載結(jié)構(gòu)零件向車體、構(gòu)架等承載構(gòu)件擴(kuò)展；從裙板、導(dǎo)流罩等零部件向頂蓋、司機(jī)室、整車車體等大型結(jié)構(gòu)發(fā)展；以金屬與復(fù)合材料(Material)混雜結(jié)構(gòu)為主，大幅提高碳纖維復(fù)合材料用量。 123456
  　　一節(jié)地鐵列車中間車輛各部分質(zhì)量比，其中車體車身約占36%、車載設(shè)備(shèbèi)約占29%、內(nèi)部裝修飾品約占16% 。碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料，通過不同的加工方法，加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。由于車載設(shè)備(shèbèi)幾乎沒有減重空間，因此，車體車身和內(nèi)部裝修飾品就成為了輕量化的重點(diǎn)(zhòng diǎn)對象。2000年，法國國營鐵路采用碳纖維復(fù)合材料(Material)研制出雙層TGV型掛車。韓國鐵道科學(xué)研究院以此為基礎(chǔ)，研制出運(yùn)行速度為180 km/h的TTX型擺式列車車體，其采用不銹鋼(不銹耐酸鋼)增強(qiáng)骨架，側(cè)墻體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯，蒙皮采用CFRP構(gòu)成的三明治結(jié)構(gòu)，這樣車體外殼總質(zhì)量比鋁合金結(jié)構(gòu)降低了40%，且車體強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、防火安全性、動態(tài)特性等性能良好，已于2010年投人商業(yè)化運(yùn)營。
 
  　　2011年，韓國鐵道科學(xué)研究院研制出CFRP地鐵轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，其質(zhì)量為635 kg，比鋼質(zhì)構(gòu)架的質(zhì)量最大化減少約30%。由日本鐵道綜合技術(shù)研究所與東日本客運(yùn)鐵道聯(lián)合研制的CFRP高速列車車頂，每節(jié)車箱質(zhì)量最大化減少300一500 kg,, 2014年9月，日本川崎重工研制的CFRP構(gòu)架邊梁，其質(zhì)量比金屬梁最大化減少約40%。
  　　由此可見列車輕量化的優(yōu)勢，以碳纖維為主的高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Material)改性研發(fā)及軌道交通、汽車工業(yè)、航空軍工、機(jī)器人、醫(yī)療器械等先進(jìn)裝備零部件開發(fā)制造的民營科技公司。擁有一支技術(shù)過硬、創(chuàng)新高效、經(jīng)驗(yàn)豐富的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Material)技術(shù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并于年初受邀入駐市國家級科技公司孵化器，受政府重點(diǎn)(zhòng diǎn)扶植。碳纖維軌道交通零件