當(dāng)前，中國(guó)軌道交通建設(shè)主要依賴于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土和鋼材。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，這些材料的老化和損壞問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)也存在資源浪費(fèi)和耐久性差的問(wèn)題。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，纖維復(fù)合材料因其優(yōu)異性能而日益受到關(guān)注，并已在航空、汽車制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

一、碳纖維復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用

1、轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架是軌道交通車輛結(jié)構(gòu)中的重大核心部件，占整車重量的40%。它好比是我們?nèi)祟惖碾p腿，對(duì)于軌道交通車輛的運(yùn)行有著不可替代的意義。性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)向架上的各種參數(shù)直接決定了車輛的穩(wěn)定性和車輛的乘坐舒適性。轉(zhuǎn)向架構(gòu)件及各部件參數(shù)是否合理，直接影響車輛運(yùn)行品質(zhì)，動(dòng)力性能和行車安全。

轉(zhuǎn)向架主要作用：

• 采用轉(zhuǎn)向架可增加車輛的載重、長(zhǎng)度與容積、提高列車運(yùn)行速度。

• 保證在正常運(yùn)行條件下，車體都能可靠地坐落在轉(zhuǎn)向架上，通過(guò)軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動(dòng)轉(zhuǎn)化為車體沿線路運(yùn)行的平動(dòng)。

• 支撐車體，承受并傳遞從車體至車輪之間或從輪軌至車體之間的各種載荷及作用力，并使軸重均勻分配。

• 保證車輛安全運(yùn)行，轉(zhuǎn)向架相對(duì)車體可自由回轉(zhuǎn)，能靈活地沿直線線路運(yùn)行及順利地通過(guò)小半徑曲線。

• 安裝了彈簧減振裝置，保證車輛具有良好的減振特性，以緩和車輛和線路之間的相互作用，減小振動(dòng)和沖擊，減小動(dòng)應(yīng)力，提高車輛運(yùn)行平穩(wěn)性和安全性。

• 充分利用輪軌之間的粘著，傳遞牽引力和制動(dòng)力，放大制動(dòng)缸所產(chǎn)生的制動(dòng)力，使車輛具有良好的制動(dòng)效果，以保證在規(guī)定的距離之內(nèi)停車。

2、列車車頭罩（開閉罩）

采用碳纖維復(fù)合材料的車頭對(duì)于實(shí)現(xiàn)列車構(gòu)件的輕量化有關(guān)鍵作用。可以一次整體成型大尺寸且具復(fù)雜曲面的車頭罩，滿足空氣動(dòng)力學(xué)要求的同時(shí)，還能減輕自重，為列車提速提供了雙重保證。碳纖維復(fù)合材料的車頭罩還能克服常規(guī)金屬材料車頭罩的高成本、低精度、易腐蝕、難維修等缺點(diǎn)。

據(jù)了解，被譽(yù)為“粵港澳大灣區(qū)”最快地鐵、最高時(shí)速可達(dá)160公里的廣州地鐵18號(hào)線，9月28日首通段正式開通運(yùn)營(yíng)。擔(dān)任運(yùn)營(yíng)任務(wù)的“灣區(qū)藍(lán)”高速地鐵列車，不僅采用了高鐵動(dòng)車的子彈頭駕駛艙，而且車頭頭罩采用了輕質(zhì)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料，這在國(guó)內(nèi)尚屬首列。由于碳纖維力學(xué)性能優(yōu)異，比重不到鋼的四分之一，強(qiáng)度卻是鋼的7至9倍，因此，可使列車實(shí)現(xiàn)減重、提速目標(biāo)。

二、芳綸纖維復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用

1、芳綸紙

芳綸紙具有高強(qiáng)度、高絕緣等級(jí)、阻燃、耐高溫、抗潮氣、耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)，可用做高速列車電機(jī)、變壓器系統(tǒng)絕緣材料。相對(duì)于其他絕緣材料而言，芳綸紙極限氧指數(shù)>28，不會(huì)助燃、爆炸或燃燒，不會(huì)釋放有毒氣體，提高了高速列車的安全性和穩(wěn)定性；芳綸紙的耐熱性高，可減少變壓器的冷卻空間，使得變壓器結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸減小；芳綸紙具有優(yōu)異的抗潮氣性，可增加電氣設(shè)備的壽命。雖然國(guó)內(nèi)已有煙臺(tái)民士達(dá)、上海圣歐、深圳龍邦等單位進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化，但是受產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)能力的限制，國(guó)內(nèi)高端電氣絕緣市場(chǎng)依舊被杜邦公司所壟斷。

2、芳綸蜂窩

芳綸蜂窩是芳綸紙經(jīng)過(guò)涂膠、切紙、疊合、熱壓、拉 伸、浸膠、定型、片切等工序加工而成，采用一定工藝將碳纖維面板、玻璃纖維面板、鋁板等材料貼合在芳綸蜂窩表面可加工為各種芳綸蜂窩夾層材料。

（1）用于制造列車非承力部件

一般車輛內(nèi)部配件最常用的復(fù)合材料，是由玻璃纖維和阻燃聚酯樹脂構(gòu)成。車窗內(nèi)飾板、水箱、小便池、集便箱、車前頭蓋板等，都成功地用玻璃鋼制造過(guò)，其加工方法有冷壓、噴射和手糊，有采用無(wú)規(guī)則玻璃氈，也有采用半連續(xù)玻璃氈。由于芳綸蜂窩夾層板質(zhì)量輕且易加工，因而在列車的內(nèi)部設(shè)備及一些輔助件開始采用。

（2）用于制造列車承力部件

芳綸蜂窩還可應(yīng)用于制造高速列車的主承載件，包括高速列車車頂、車體及司機(jī)室等部件。與傳統(tǒng)的鋁制結(jié)構(gòu)相比，這種單軌車的車體自重減輕了40%以上。而且據(jù)估算，其造價(jià)比鋁的要便宜9%，這主要是由于工作量和邊角料都減少了。

三、C/C復(fù)合材料在列車上的應(yīng)用

剎車盤是以摩擦材料設(shè)計(jì)技術(shù)和制備工藝技術(shù)為核心的剎車制動(dòng)類產(chǎn)品，用于飛機(jī)、坦克裝甲車輛和高速列車的剎車制動(dòng)。剎車盤（副）主要包含粉末冶金剎車盤、炭/炭復(fù)合材料剎車盤、C/C/SiC復(fù)合材料剎車盤（副）等。粉末冶金剎車盤主要由鋼骨架和粉末冶金摩擦片組成，炭/炭復(fù)合材料剎車盤（副）是化學(xué)氣相沉積炭或樹脂炭為基體、以炭纖維炭為增強(qiáng)體的復(fù)合材料；C/C/SiC復(fù)合材料是在炭/炭復(fù)合材料的基礎(chǔ)上引入Si等陶瓷類元素形成的復(fù)合材料。剎車盤產(chǎn)品具有剎車力矩平穩(wěn)、耐磨損、熱穩(wěn)定性好和重量輕等特點(diǎn)。

從技術(shù)層面看，針對(duì)未來(lái)軌道交通發(fā)展的不同需求，纖維材料技術(shù)應(yīng)順應(yīng)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行布局：

一是基于本構(gòu)安全、主被動(dòng)防護(hù)、災(zāi)害預(yù)警的高安全需求，研發(fā)了基于本征阻燃、可降解、低 VOC 的阻燃聚酰亞胺、阻燃 lyocell 纖維、芳綸纖維等，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)飾用材料的高阻燃性 ；研發(fā)了活性碳纖維濾材、熔噴非織造布纖維素過(guò)濾防護(hù)膜等，實(shí)現(xiàn)了基于納米功能材料的空氣凈化。

二是基于綜合舒適性、人因工程、振動(dòng)噪聲優(yōu)化、智慧出行的高品質(zhì)需求，研發(fā)了輕量化復(fù)材增韌纖維材料，可實(shí)現(xiàn)減震消音、隔熱保溫等功能。

三是基于高速磁浮、互聯(lián)互通列車、低阻高速載運(yùn)的高效率需求，開發(fā)了碳纖維預(yù)浸料、復(fù)合材料板材、片材、工業(yè)零部件、軌道交通及汽車輕量化殼體及零部件、無(wú)人機(jī)殼體、機(jī)翼等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域。

四是基于智能駕駛、智能制造、智能運(yùn)維的高智能需求，利用大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈技術(shù)手段，搭建全生命周期的纖維材料應(yīng)用，用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)材料可追溯的可信數(shù)字化。

五是基于新能源動(dòng)力、材料回收、低碳低排放的需求，著眼于綠色環(huán)保，研發(fā)了基于可循環(huán)再生材料、可降解材料的內(nèi)飾設(shè)計(jì)。