碳纖維復(fù)合材料在高端醫(yī)療、汽車、航空航天等都有廣泛的應(yīng)用，但是針對(duì)碳纖維在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用，卻知之甚少。這主要是由關(guān)鍵技術(shù)、研發(fā)水平以及使用成本等因素導(dǎo)致，但隨著研究的深入，國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的環(huán)境也在發(fā)生著翻天覆地的變化。當(dāng)碳纖維復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料擁有相等的競(jìng)爭(zhēng)力時(shí)，碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域?qū)l(fā)揮出更重要的作用。

在輕量化方面，軌道列車的能量消耗主要是用來克服運(yùn)行的阻力，包括列車滾動(dòng)的阻力、重力、加速阻力和空氣阻力等。以蘇州某鋁合金地鐵列車為例，一列車每公里能量消耗約為10KWh，運(yùn)行150000km，大約消耗540000GJ能量，其中有25％的能量是用于克服車體重量，20％的能量用于克服車內(nèi)裝載的貨物重量，剩余的5％用于克服車體的承載結(jié)構(gòu)重量。

而碳纖維復(fù)合材料密度僅有1.7g/cm3，若車體采用不銹鋼增強(qiáng)骨架，側(cè)墻體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯，蒙皮采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，這樣的車體外殼總質(zhì)量可比鋁合金結(jié)構(gòu)降低約30％以上，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，地鐵列車每減重30%，每公里能量消耗可以減少8100GJ。

當(dāng)然，碳纖維復(fù)合材料在軌道交通方面的應(yīng)用不僅僅限于它的輕量化，軌道車輛的制造過程中還需要考慮到車體的使用壽命、靜強(qiáng)度、剛度等技術(shù)要求。車輛設(shè)計(jì)使用壽命預(yù)計(jì)至少在30年以上，車體材料必須保證在30年的工作載荷中不得產(chǎn)生疲勞失效，并具有一定的拉伸載荷力以及極小的變形性。

例如軌道列車車體需滿足在AWO載荷工況（整備重量）時(shí)上撓度小于兩轉(zhuǎn)向架距離的1/1000mm，并保證在所有載荷下車門能正常工作；列車車體在承受各種較大垂直載荷的同時(shí)，沿車鉤安裝縱向水平方向施加1200KN的靜壓載荷，拉伸載荷800KN，車體應(yīng)力不超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。除此之外，軌道車輛的制造材料還必須滿足隔聲、隔熱、防火安全、振動(dòng)等要求。面對(duì)這些要求，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用表現(xiàn)都十分優(yōu)異。

目前，碳纖維復(fù)合材料在軌道交通方面也出現(xiàn)了很多成功案例。例如德國(guó)福伊特公司推出的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料過渡車鉤，總質(zhì)量?jī)H23kg，比鋼鐵過渡車鉤減重一半；日本鐵道綜合技術(shù)研究所與東日本客運(yùn)鐵道公司聯(lián)合研制的CFRP高速列車車頂，使每節(jié)車廂減重300-500kg；國(guó)內(nèi)方面，已有部分企業(yè)開始在500km/h的高速試驗(yàn)車上采用了碳纖維復(fù)合材料車頭罩。

那么現(xiàn)階段，碳纖維復(fù)合材料在軌道交通中的相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)成熟了嗎？對(duì)此，在碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的蘇州挪恩復(fù)合材料研發(fā)部的陳工持反對(duì)意見。

陳工認(rèn)為現(xiàn)階段碳纖維復(fù)合材料在軌道車輛中的應(yīng)用還多以與金屬材料混合的形式為主，單純性的應(yīng)用多集中在非承載、小型、局部性構(gòu)件上，整體的材料用量比例還很小，要想取得CFRP構(gòu)件的更廣泛的應(yīng)用，除了盡可能地降低成本外，模塊化成型問題也很重要，因?yàn)椋瑥?fù)合材料結(jié)構(gòu)上的性能很大程度上依賴于連接的方式，如果模塊過多，需要裝配連接的零件數(shù)量也越多，這會(huì)影響到車體對(duì)抗振動(dòng)的能力。

可見，碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于軌道交通的實(shí)際障礙還是技術(shù)，關(guān)鍵性的技術(shù)，不僅是設(shè)計(jì)技術(shù)、成型技術(shù)，還有整體裝配技術(shù)。