轨道交通工具正经历着从“钢铁时代”、“铝材时代”到“碳材时代”的跨越。

相关数据显示,截至2018年5月,国内高铁开通86条,2.85万公里,在线高速动车组3100多组,运营里程及列车保有量均占世界2/3。预计至2020年营运里程将超过3万公里,列车保有量将达3800组 。国外对高铁的热情亦不低,印尼、泰国及俄罗斯等海外项目启动,市场进入快速发展期。

“多年实践与探索之后,依然需要面对轨道车辆采用碳纤维复合材料轻量化结构的必要性与可行性的问题。”在由寻材问料®碳纤维研习社联合主办的“2019第五届碳纤维及其符合材料产业大会”上,国家高速动车组总成工程技术研究中心主任、中车青岛四方股份公司副总工程师教授级高级工程师丁叁叁指出,碳纤维产业与技术发展升级速度快,行业充满活力,恰逢轨交市场需求窗口出现,将为碳纤维复合材料技术应用推广提供难得的契机。

中车四方丁叁叁:国产碳纤维复合材料在轨交的应用挑战在哪?-复合材料网

国家高速动车组总成工程技术研究中心主任、中车青岛四方股份公司副总工程师教授级高级工程师丁叁叁

中车四方丁叁叁:国产碳纤维复合材料在轨交的应用挑战在哪?-复合材料网

碳纤维在轨道交通领域的应用

丁叁叁表示,轨道交通产业现状与持续发展面临艰巨挑战,安全稳定是首要任务,这推动技术快速发展,对新材料新技术需求不断提高。他认为,轨交产业应抢占新技术高点,提升话语权与竞争力,适应一带一路发展战略。

尽管市场需求窗口出现,但轨交服役环境复杂多变,这为轨交的在碳纤维在轨交的应用提出挑战。

中国高铁体量大、品种多,经受复杂的作用关系、地理气候、运用工况的考验。另外,解决艰苦环境的振动,冲击、疲劳、腐蚀、大风、风沙、积雪结冰、电磁干扰、雷电侵袭等适应性问题,是世界性难题。

他认为,应以轻量化为核心的综合解决方案,重点解决与强度刚度、疲劳、腐蚀、噪声及防火等各种性能矛盾,寻找各种技术性能的平衡 ,完成结构、材料、一体化优化。

国内碳纤维行业的发展现状和基础也关系到国产碳纤维在轨交的应用,目前看来,国内碳纤维产业经验积淀较深,部分材料及技术先进,不足之处在于:材料合格率、一致性有待提升,体系发展不均衡;技术成熟度及工艺多样性不足;产业链尚不完善,供求失衡;市场尚在孕育,规模效益未现,价格优势微弱。丁叁叁表示,国内碳纤维复合材料发展迅速,但许多核心技术待突破。“理论、工程、行业鸿沟跨越,黎明前的生存堪忧。”

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各国碳纤维在轨交应用情况

碳纤维复合材料在高铁及轨道交通的应用均处尝试阶段,而在航空、航天、风电、船舶、汽车等领域皆有多年的成熟运用经验,丁叁叁认为,上述领域的碳纤维应用技术持续发展,解决材料、结构设计、制造工艺、服役性能及维护技术经济等多方面问题,对于轨交行业而言具有良好的借鉴意义。