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 相關數據顯示，截止2020年6月，國內鐵路干線已開通86條，長度達到3.7萬公里，在線運營的列車達到3665組，運營里程及列車保有量均占世界的2/3。

按照國家鐵路局的規劃，到2030年，鐵路里程將達4.5萬公里，7000組列車將投入使用。在城軌方面，截止2019年底，國內有40個城市共開通208條城軌，里程達到6736公里，列車數量達到6966列。“預計到2025年總計將再建7800公里，屆時列車保有量將超16000列。這將為碳纖維復合材料帶來巨大的市場訴求。”

在由青島地鐵集團有限公司、智慧軌道交通產業觀察、中國技術市場協會軌道交通專業委員會、國家先進軌道交通裝備創新中心、尋材問料®等共同主辦的“2020中國智慧軌道交通產業峰會”上，中車青島四方機車車輛股份有限公司復合材料研發部部長高玉龍分享了碳纖維復合材料在軌道交通的應用。

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中車青島四方機車車輛股份有限公司復合材料研發部部長高玉龍

高玉龍表示，目前中國高速列車有3800組，碳纖維等復材的使用率若達30%，將產生30~50萬噸需求，若推廣至城軌及貨運等領域，將超過100萬噸的需求。“如果進展順利，則碳纖維復合材料在軌交列車的使用可期待3~5萬噸/年的市場規模。”

應用經驗日趨成熟

據了解，自20世紀50年代以來，碳纖維復合材料以其輕質高強、抗疲勞、可設計性強等獨特的性能，早期用在航空、航天等尖端領域，隨著碳纖維復合材料性能的不斷完善及成本的降低，在汽車、船舶、風電等領域得到了廣泛應用，軌交車輛借鑒不同領域的應用成果，從次承載件到主承載件進行了大量嘗試，積累了豐富經驗。

國內的碳纖維復合材料在軌交列車的應用較晚，但發展迅速，在機車、客車、貨車、高速列車、城際、城軌等不同應用領域研發大量嘗試，積累了豐富的經驗。

他表示，碳纖維復合材料已經逐步成為系統解決方案，如在輕量化方面，列車頭罩的整體成型，減重20%；風擋渡板整體成型，減重40%；司機室整體成型，減重35%；操縱臺模具成型，減重30%；設備艙減重35%；裙板整體成型，減重30%。

目前碳纖維復合材料的應用正逐步向主結構發展，他表示，時速140公里的下一代地鐵司機室、車體、構架及設備艙等主結構，正在進行大型碳纖維復合材料復雜部件的設計工藝探索，為主結構向碳纖維復合材料遷移準備技術儲備，目前已完成運用考核。

“碳纖維復合材料正在逐步向高速列車領域發展。”他表示，碳纖維復合材料應用于高鐵模塊化結構，可單件、也可模塊及整體拆裝，形成抽拉式底板和折頁式裙板，便于組裝、維護。如此一來，與傳統的鋁合金相比減重達到35%，并可承受振動沖擊和高溫、高濕、風沙雨雪侵蝕。

現場，他展開介紹了碳纖維復合材料在高速列車領域的發展現狀。

突破與挑戰

高玉龍分析了當前碳纖維復合材料在軌交列車應用的技術突破。

他表示，經過四代設備艙的研發及過程優化，碳纖維復合材料的應用成本達到鋁合金的1.5倍，達到減重30%。“通過大批量生產驅動則可實現與鋁合金成本相當。”

材料選型方面探索了適用于軌道車輛的滿足低成本、中強、中溫、耐候、抗沖擊等技術要求的織物、預浸料、芯材、膠粘劑體系；樹脂體系方面探索了不同樹脂的阻燃改性方法，表面防火膜等多種阻燃解決方案，解決了設備艙的防火問題，摸索出適用于軌道車輛結構的耐火方案。

檢驗驗證方面通過了設備艙骨架及模塊強度試驗、模態試驗、防火試驗、沖擊試驗、無損檢測等驗證要求。

“未來需要充分挖掘復合材料的特點，進一步優化結構，探索高效、自動化的生產工藝，提高產品生產效率與成品率。”

最后，他分析了碳纖維復合材料應用面臨的挑戰。

“形成軌道交通領域碳纖維復合材料選型、結構設計、仿真優化、試驗驗證、制造檢查、檢修維護、回收利用等的基于TQC控制的一站式輕量化解決方案，并實現工程化遷移目標，仍面臨艱巨挑戰。”