軌道交通輕量化是必然趨勢

    從軌道交通車輛生產企業內部來看，對碳纖維復合材料輕量化的應用決心很大。現在已經到了逢會必談輕量化，逢輕量化必談碳纖維應用的階段。中車青島四方機車與德國的德累斯頓工業大學成立了中德軌道交通聯合研發中心，最主要任務就是研究碳纖維復合材料在軌道交通車輛中的應用。江蘇恒神與中車下屬長春軌道客車公司簽署協議，研發碳纖維車體。

    為什么軌道交通裝備企業這么熱衷于碳纖維復合材料？主要還是因為輕量化是一道硬杠杠。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度鋁合金材料，用以減輕重量。即使這樣，一節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，根據著名的F=ma公式，減輕重量可以大幅降低運行能耗，同時重量輕了，對車軸和車輪的磨耗也會減小。

    在中車青島四方機車的技術中心，有數以千計的技術人員，每天做著動車組車輛的優化再設計工作，他們為了減輕1公斤的重量而絞盡腦汁。輕量化包括輕量化材料的使用和輕量化設計。鋁合金的輕量化設計已經達到瓶頸，再減輕重量必然會犧牲性能。于是，碳纖維復合材料，成為下一步重點發展的輕量化材料。

    碳纖維應用道阻且長

    在過去的幾年的時間，中車下屬企業也做了大量工作，與碳纖維企業聯合研發碳纖維的部件。但是目前為止，除了內裝使用玻纖復合材料比較多外，沒有任何部件大規模使用碳纖維。除了成本因素外，更大的原因是對使用碳纖維復合材料的一種擔憂。

    這種擔憂來源于諸多不確定性。首先，使用碳纖維復合材料之后，能不能達到力學性能要求，怎么做到用最少的材料滿足設計需求。這就需要復合材料結構設計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、全尺寸部件等多個層次的結構進行驗證，才能放心使用。

    第二個不確定性來自于安全性。目前高鐵動車組跑到一定的公里數要進行不同等級的維護，到最高5級修的時候，需要把車體油漆全部脫離掉，檢查車體是否含有裂紋等缺陷。如果換成復合材料車體，那么維護周期要多長？老化壽命有多久？內部出現缺陷如何檢測、如何修復？

    最后，軌道交通領域還未建立起一套復合材料應用體系。面對諸多不確定問題，缺乏和碳纖維企業一致的對接借口。

    碳纖維應用路線圖

    其實很多軌道交通車輛企業面臨的問題，在碳纖維相關企業那里能得到很好的解決方案。但是，缺乏有效的溝通，讓這些困難變得難以逾越。中車下屬企業非常歡迎相關企業做交流，因為你這是在替他們解決困難。現在很多企業看上軌道交通這個市場，卻在門口團團轉，甚至不曾探頭向里面瞧瞧里面發生了什么。

    未來碳纖維在軌道交通領域應用的市場非常大，軌道交通裝備企業也為此投入巨大，很多時候有了需求卻沒有合適的合作對象。對合作伙伴的要求主要有可靠的原材料品質、能夠提供技術支持去做結構設計、工藝設計、功能設計。

    在軌道交通領域的應用對產品和企業提出了更高的要求，肯定會比很多體育休閑和建筑加固要求更高。那些動輒宣傳技術領先的碳纖維企業，敢不敢來吃這塊蛋糕？

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