當前，中國軌道交通建設主要依賴于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土和鋼材。隨著使用時間的延長，這些材料的老化和損壞問題逐漸顯現(xiàn)，同時也存在資源浪費和耐久性差的問題。為應對這些挑戰(zhàn)，纖維復合材料因其優(yōu)異性能而日益受到關注，并已在航空、汽車制造等領域得到廣泛應用。

一、碳纖維復合材料在列車上的應用

1、轉向架

轉向架是軌道交通車輛結構中的重大核心部件，占整車重量的40%。它好比是我們人類的雙腿，對于軌道交通車輛的運行有著不可替代的意義。性能優(yōu)異的轉向架上的各種參數(shù)直接決定了車輛的穩(wěn)定性和車輛的乘坐舒適性。轉向架構件及各部件參數(shù)是否合理，直接影響車輛運行品質，動力性能和行車安全。

轉向架主要作用：

• 采用轉向架可增加車輛的載重、長度與容積、提高列車運行速度。

• 保證在正常運行條件下，車體都能可靠地坐落在轉向架上，通過軸承裝置使車輪沿鋼軌的滾動轉化為車體沿線路運行的平動。

• 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。

• 保證車輛安全運行，轉向架相對車體可自由回轉，能靈活地沿直線線路運行及順利地通過小半徑曲線。

• 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，減小振動和沖擊，減小動應力，提高車輛運行平穩(wěn)性和安全性。

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

2、列車車頭罩（開閉罩）

采用碳纖維復合材料的車頭對于實現(xiàn)列車構件的輕量化有關鍵作用?？梢砸淮握w成型大尺寸且具復雜曲面的車頭罩，滿足空氣動力學要求的同時，還能減輕自重，為列車提速提供了雙重保證。碳纖維復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。

據(jù)了解，被譽為“粵港澳大灣區(qū)”最快地鐵、最高時速可達160公里的廣州地鐵18號線，9月28日首通段正式開通運營。擔任運營任務的“灣區(qū)藍”高速地鐵列車，不僅采用了高鐵動車的子彈頭駕駛艙，而且車頭頭罩采用了輕質高強碳纖維復合材料，這在國內尚屬首列。由于碳纖維力學性能優(yōu)異，比重不到鋼的四分之一，強度卻是鋼的7至9倍，因此，可使列車實現(xiàn)減重、提速目標。

二、芳綸纖維復合材料在列車上的應用

1、芳綸紙

芳綸紙具有高強度、高絕緣等級、阻燃、耐高溫、抗潮氣、耐化學腐蝕的特點，可用做高速列車電機、變壓器系統(tǒng)絕緣材料。相對于其他絕緣材料而言，芳綸紙極限氧指數(shù)>28，不會助燃、爆炸或燃燒，不會釋放有毒氣體，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，使得變壓器結構緊湊，尺寸減?。环季]紙具有優(yōu)異的抗潮氣性，可增加電氣設備的壽命。雖然國內已有煙臺民士達、上海圣歐、深圳龍邦等單位進行了產業(yè)化，但是受產業(yè)規(guī)模和技術能力的限制，國內高端電氣絕緣市場依舊被杜邦公司所壟斷。

2、芳綸蜂窩

芳綸蜂窩是芳綸紙經過涂膠、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

一般車輛內部配件最常用的復合材料，是由玻璃纖維和阻燃聚酯樹脂構成。車窗內飾板、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，其加工方法有冷壓、噴射和手糊，有采用無規(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量輕且易加工，因而在列車的內部設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、車體及司機室等部件。與傳統(tǒng)的鋁制結構相比，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復合材料在列車上的應用

剎車盤是以摩擦材料設計技術和制備工藝技術為核心的剎車制動類產品，用于飛機、坦克裝甲車輛和高速列車的剎車制動。剎車盤（副）主要包含粉末冶金剎車盤、炭/炭復合材料剎車盤、C/C/SiC復合材料剎車盤（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/炭復合材料剎車盤（副）是化學氣相沉積炭或樹脂炭為基體、以炭纖維炭為增強體的復合材料；C/C/SiC復合材料是在炭/炭復合材料的基礎上引入Si等陶瓷類元素形成的復合材料。剎車盤產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。

從技術層面看，針對未來軌道交通發(fā)展的不同需求，纖維材料技術應順應國家發(fā)展戰(zhàn)略進行布局：

一是基于本構安全、主被動防護、災害預警的高安全需求，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，實現(xiàn)了內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濾防護膜等，實現(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、振動噪聲優(yōu)化、智慧出行的高品質需求，研發(fā)了輕量化復材增韌纖維材料，可實現(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、低阻高速載運的高效率需求，開發(fā)了碳纖維預浸料、復合材料板材、片材、工業(yè)零部件、軌道交通及汽車輕量化殼體及零部件、無人機殼體、機翼等，廣泛應用于工業(yè)、航空航天、軌道交通等領域。

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

五是基于新能源動力、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、可降解材料的內飾設計。