相比于傳統金屬材料、鋁合金和不銹鋼等輕量 化金屬材料以及玻璃纖維增強復合材料,碳纖維復合材料在軌道交通領域的優勢主要體現在以下3點。
1)更優異的輕量化效果。如表1所示,與其他材 料體系相比,碳纖維復合材料具有更優異的力學性能 和更低的密度,有助于實現車輛結構性能的最優化以 及質量的最小化,從而提高車輛的運載速度、運載能 力和能源利用率。除此之外,碳纖維復合材料易于大 面積成型的特點,使得軌道交通復雜結構(如變厚度、 變截面、變曲率)的一體化成型成為可能,大幅降低 緊固件的使用數量,實現車輛裝備的進一步輕量化。
2)乘坐舒適性和安全性顯著提升。一方面,碳纖維復合材料密度小,實現車身裝備輕量化的同時,減小了其與軌道之間的摩擦;另一方面,碳纖維復合材料可以根據需求來進行鋪層設計,大大提高了設計自由度。相關資料顯示,與金屬材料相比,利用合理的材料體系和鋪層設計,碳纖維復合材料阻尼特性可以實現1~2個數量級的提升,有效降低結構的振動,從而提升乘坐舒適性。此外,較高的模量和材料體系內形成的大量界面,也有助于改善CFRP的抗沖擊性能。相關研究表明,CFRP碰撞吸收能量的能力達到鋼的6倍以上、鋁的3倍以上,從而有效保證了整體結構的安全性。3)結構壽命得到大幅延長。與金屬材料相比,碳纖維增強復合材料具有更優異的疲勞性能,其百萬次循環拉-拉疲勞強度可以達到其拉伸強度的70%以上。加之碳纖維復合材料可以通過合理的基體材料選擇,大幅提升結構的耐腐蝕性能和使用壽命。國外用于軌道交通裝備上的纖維增強復合材料多為碳纖維或玻璃纖維增強復合材料,其也經歷了從非承載結構到主承載結構的發展過程。
典型的應用案例如:日本新干線N700系高速列車車體車頂、蒙皮、導電弓架邊緣和窗框采用碳纖維增強復合材料;日本川崎重工開發的“efWING”轉向架是全世界首例主承載結構采用碳纖維增強樹脂基復合材料的案例,將原來剛性焊接轉向架的構架改為柔性結構,減重達40%。
韓國KTX-Ⅱ列車大量內裝采用了復合材料,之后韓國TTX擺式列車車體采用碳纖維復合材料制作,重量降低40%。歐美在軌道交通車輛纖維增強復合材料進化過程中也做出了很多探索,如英國Intercity125機車、意大利ETR500型高速列車、法國的AGVgap動車組、美國佛羅里達州的單軌列車等都不同程度地使用了纖維增強復合材料作為車輛的內飾、主承載結構或次承載結構,減重效果良好,各種性能測試均達標。

在國內,2011年底中車青島四方股份在500km/h的高速試驗車上采用了碳纖維復合材料車頭罩,并在2013年底開始使用碳纖維設備艙裙板??偟膩碚f,碳纖維不僅可以用來制造高強度的流線型車頭前端頭蓋、座椅骨架、轉向架構件等承受一定載荷的部件或構件,還能夠用來取代傳統軌道車輛上由玻璃鋼、鋁板、鋁蜂窩等材料做成的墻板、頂板、間壁、座椅骨架、司機臺等內飾部件。
目前,碳纖維復合材料在軌道車輛中的應用還多以與金屬材料混合的形式為主,單純性的應用多集中在在非承載、小型、局部性構件上,整體的材料用量比例還很小。
國內碳纖維復合材料軌道列車部件生產商

簡介:山東英特力新材料有限公司是集研發、生產和銷售高性能碳纖維復合材料制品為一體的高新技術民營企業。提供整套碳纖維復合材料輕量化解決方案。已建成碳纖維復合材料系列方艙生產線四條,碳纖維復合材料系列方艙附件生產線三條,碳纖維復合材料汽車附件產品生產線一條,房車車廂生產線一條。主要軌道交通應用產品:碳纖維車頭罩、高鐵車體外殼、汽車輕量化部件、碳纖維方艙系列等。公司官網:http://www.itlxcl.com/
簡介:無錫威盛新材料科技有限公司(簡稱:威盛新材),成立于2005年,是一家集研發、制造碳纖維主承力結構件的科技型企業。公司擁有獨立研發中心,多年來服務于國內多家軌道交通企業、汽車制造商、醫療器械制造商等。企業常規產品有碳纖維板、碳纖維管等。主要軌道交通應用產品:高鐵碳纖維阻燃增韌側壁版、碳纖維磁懸浮列車擋風屏、碳纖維列車機械外殼、高鐵輪架體等。公司官網:http://www.tanxw.com/index.html
簡介:上海晉飛碳纖科技股份有限公司于2006年3月發起成立,快速崛起成為中國頂尖碳纖維復合材料方案提供商,十年間公司不斷發展擴大,目前以形成碳纖維原材料、碳纖維中間產品、碳纖維制品的全產業鏈集團公司。業務伙伴多為國內外 汽車、軌道交通、工業機械設備、運動器材、醫療設備等知名企業。主要軌道交通應用產品:高鐵設備艙輕量化部件、座椅大包圍殼體、設備艙、司機室操作臺等。公司官網:http://www.cedar-composites.com/
簡介:江蘇恒神股份有限公司創建于2007年8月,是一家集碳纖維及其復合材料設計、研發、生產、銷售、技術應用服務為一體的國家高新技術企業。公司沿襲了世界一流碳纖維企業的發展模式,是行業內國內 唯一一家擁有自原絲、碳纖維、上漿劑、織物、樹脂、預浸料到復合材料制品的全產業鏈企業。公司官網:http://www.hscarbonfibre.com/cn/
簡介:深材科技致力于創造高分子材料、納米材料新作用,公司與國內外行業多家著名企業的資深專家戰略合作,創建了一支國際一流的專業團隊,為客戶提供高性能納米材料等。應用于國防軍工、航空航天、軌道交通等多個領域。主要軌道交通應用產品:碳纖維扶手、碳纖維座椅等車廂內飾部件。
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