碳纖維在高鐵上的應(yīng)用，還有多遠(yuǎn)？

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        由于工作的緣故，我得以接觸軌道交通領(lǐng)域?qū)?a title="碳纖維復(fù)合材料" href="http://www.yanmingsz.cn/">碳纖維復(fù)合材料(Material)的需求。對未來軌道交通領(lǐng)域感興趣的碳纖維企業(yè)不在少數(shù)，卻總感覺徘徊在門外，不得入門的法則。今天談一談對碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的個(gè)人見解，希望給有志于開拓軌道交通市場的朋友參考。
　　軌道交通輕量化是必然趨勢（trend)
        從軌道交通車輛生產(chǎn)公司內(nèi)部來看，對碳纖維復(fù)合材料(Material)輕量化的應(yīng)用決心很大?，F(xiàn)在已經(jīng)到了逢會必談輕量化，逢輕量化必談碳纖維應(yīng)用的階段。中車青島四方機(jī)車與德國的德累斯頓工業(yè)大學(xué)成立了中德軌道交通聯(lián)合研發(fā)中心，最主要任務(wù)就是研究（research)碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車輛中的應(yīng)用。
        為什么軌道交通裝備(Equipment)企業(yè)這么熱衷于碳纖維復(fù)合材料？主要還是因?yàn)檩p量化是一道硬杠杠。目前動車組車廂除了CRH1采用不銹鋼車身，其他車型都采用高強(qiáng)度鋁（Al)合金(alloy)材料，用以減輕重量。即使這樣，一節(jié)動車組車體重量也要十多噸。而動車組在啟動加速階段的耗能是最大的，根據(jù)著名的F=ma公式，減輕重量可以大幅降低運(yùn)行能耗，同時(shí)重量輕了，對車軸和車輪的磨耗也會減小。 內(nèi)容來自123456
　　在中車青島四方機(jī)車的技術(shù)中心，有數(shù)以千計(jì)的技術(shù)人員，每天做著動車組車輛的優(yōu)化（optimalize）再設(shè)計(jì)工作，他們?yōu)榱藴p輕1公斤的重量而絞盡腦汁。輕量化包括(bāo kuò)輕量化材料(Material)的使用和輕量化設(shè)計(jì)。鋁合金(alloy)的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到瓶頸，再減輕重量必然會犧牲性能。于是，碳(C)纖維復(fù)合材料，成為下一步重點(diǎn)(zhòng diǎn)發(fā)展的輕量化材料。
　　碳纖維應(yīng)用道阻且長
　　在過去的幾年的時(shí)間，中車下屬公司也做了大量工作，與碳纖維企業(yè)聯(lián)合研發(fā)碳纖維的部件。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。也正是因?yàn)槿绱?，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。但是目前為止，除了內(nèi)裝使用玻纖復(fù)合材料(Material)比較多外，沒有任何部件大規(guī)模使用碳纖維。除了成本因素外，更大的原因是對使用碳纖維復(fù)合材料的一種擔(dān)憂。
　　這種擔(dān)憂來源于諸多不確定性。首先，使用碳纖維復(fù)合材料(Material)之后，能不能達(dá)到力學(xué)性能要求，怎么做到用最少的材料滿足設(shè)計(jì)需求。這就需要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的原材料性能要可靠，通過試樣(單層板和層合板)、元件、組合件、全尺寸部件等多個(gè)層次的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，才能放心使用。

 　　第二個(gè)不確定性來自于安全性(security)。目前高鐵動車組跑到一定的公里數(shù)要進(jìn)行不同等級的維護(hù)，到最高5級修的時(shí)候，需要把車體油漆全部脫離掉，巡查車體是否含有裂紋等缺陷。如果換成復(fù)合材料車體，那么維護(hù)周期要多長？老化壽命(lifetime)有多久？內(nèi)部出現(xiàn)缺陷如何檢測、如何修復(fù)？
　　最后，軌道交通領(lǐng)域還未建立起一套復(fù)合材料應(yīng)用體系。面對諸多不確定問題，缺乏和碳(C)纖維企業(yè)一致的對接借口。
　　碳纖維應(yīng)用路線圖
　　其實(shí)很多軌道交通車輛公司面臨的問題(Emerson)，在碳(C)纖維相關(guān)企業(yè)那里能得到很好的解決方案(fāng àn)。但是，缺乏有效的溝通，讓這些困難變得難以逾越。中車下屬企業(yè)非常歡迎相關(guān)企業(yè)做交流，因?yàn)槟氵@是在替他們解決困難。現(xiàn)在很多企業(yè)看上軌道交通這個(gè)市場，卻在門口團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)，甚至不曾探頭向里面瞧瞧里面發(fā)生了什么。

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　　未來碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的市場非常大，軌道交通裝備企業(yè)也為此投入巨大，很多時(shí)候有了需求卻沒有合適的合作(collaborate)對象。對合作伙伴的要求主要有可靠的原料(raw material)品質(zhì)、可以提供技術(shù)支持去做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)。
　　在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用對產(chǎn)品和企業(yè)提出了更高的要求，肯定會比很多體育休閑和建筑加固要求更高。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。也正是因?yàn)槿绱耍饲笆澜缟咸祭w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。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。那些動輒宣傳技術(shù)領(lǐng)先(率先)的碳纖維企業(yè)，敢不敢來吃這塊蛋糕？ 123456
 
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