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碳纖維在高鐵上的應用,還有多遠?
发布时间:2016-12-10 13:31 | 浏览次数:


        由于工作的缘故,我得以接触轨道交通领域对碳纤维复合材料的需求。对未来轨道交通领域感兴趣的碳纤维企业不在少数,却总感觉徘徊在门外,不得入门的法则。今天谈一谈对碳纤维在轨道交通领域应用的个人见解,希望给有志于开拓轨道交通市场的朋友参考。

  軌道交通輕量化是必然趨勢

        从轨道交通车辆生产企业内部来看,对碳纤维复合材料轻量化的应用决心很大。现在已经到了逢会必谈轻量化,逢轻量化必谈碳纤维应用的阶段。中车青岛四方机车与德国的德累斯顿工业大学成立了中德轨道交通联合研发中心,最主要任务就是研究碳纤维复合材料在轨道交通车辆中的应用。

        为什么轨道交通装备企业这么热衷于碳纤维复合材料?主要还是因为轻量化是一道硬杠杠。目前动车组车厢除了CRH1采用不锈钢车身,其他车型都采用高强度铝合金材料,用以减轻重量。即使这样,一节动车组车体重量也要十多吨。而动车组在启动加速阶段的耗能是最大的,根据著名的F=ma公式,减轻重量可以大幅降低运行能耗,同时重量轻了,对车轴和车轮的磨耗也会减小。

  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,他們爲了減輕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,碳纖維複合材料,成爲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。但是目前爲止,除了內裝使用玻纖複合材料比較多外,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複合材料的一種擔憂。

  這種擔憂來源于諸多不確定性。首先,使用碳纖維複合材料之後,能不能達到力學性能要求,怎麽做到用最少的材料滿足設計需求。這就需要複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。


碳纤维高铁
 
  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裏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。如果換成複合材料車體,那麽維護周期要多長?老化壽命有多久?內部出現缺陷如何檢測、如何修複?

  最後,軌道交通領域還未建立起一套複合材料應用體系。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裏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,因爲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,甚至不曾探頭向裏面瞧瞧裏面發生了什麽。

  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爲此投入巨大,很多時候有了需求卻沒有合適的合作對象。對合作夥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産品和企業提出了更高的要求,肯定會比很多體育休閑和建築加固要求更高。那些動辄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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