碳纤维有望为轨道交通“提速” 正在突破规模化应用瓶颈

轨道交通展消息 在10月26日举办的世界顶尖科学家物质科学大会上，中国中车集团中车成型科技（青岛）有限公司总经理史磊表示，轨道交通发展史就是材料的演变史，中国高铁主材料从碳素钢到不锈钢，再到现在复兴号高速列车车体主材料铝合金，经历了多代更迭。未来，面对更高时速等级的高速列车，势必需要一种全新材料来实现轨道交通装备主材料的升级，碳纤维复合材料凭借优异的性能成为轨道交通装备升级的绝佳解决方案。

碳纤维被称为工业黑黄金，是一种碳含量在95%以上的无机纤维，具备耐高温、耐腐蚀、可设计性强的优点，强度是铝合金的5倍，密度只有铝合金的2/3。此前，碳纤维主要用于航空、航天、体育用品等少数领域。近年来，随着设计与制备技术日趋成熟，碳纤维复合材料也逐渐成为轻量化需求迫切的新能源汽车以及轨道交通领域的热点。

史磊表示，全球轨道交通制造商纷纷针对碳纤维复合材料展开研究，国外在碳纤维应用上起步早，技术强，但就目前而言，全球仍然没有实现碳纤维在轨道交通车辆上的批量化应用，而且缺乏相关的技术标准。

今年6月，全球首列用于商业化运营的碳纤维地铁列车“CETROVO 1.0碳星快轨”在青岛正式发布。该列车由中车青岛四方机车车辆股份有限公司为青岛地铁1号线研制，较传统地铁车辆减重11％，运行能耗降低7%，全生命周期检修成本降低22%。

史磊表示，碳纤维在轨道交通领域应用虽然已经取得阶段性成就，但是规模化应用仍面临一系列关键问题亟待解决。“总的来说就是用不起、用不好、不敢用。碳纤维复合材料全流程制造成本较高，存在碳纤维单一材料应用以及金属材料设计固有思维难题，且缺少碳纤维复材全生命周期整体评价手段和标准。我们经过深入研究，已在次承载结构部件上初步突破这三大瓶颈，相关产品已具备批量化应用条件。为了进一步降低成本、提高生产效率，还需针对轨道交通装备运营工况及各典型部件的载荷及服役特征，开发专用的高性能、低成本阻燃-增韧-快速固化树脂，攻关大丝束碳纤维低成本应用技术，以进一步推动碳纤维复合材料在轨道交通领域的规模化应用。”

热固性树脂基碳纤维复合材料在使用过程中也面临着回收困难的挑战。史磊表示，目前碳纤维复合材料回收方式主要为物理回收、热解回收、化学回收，存在成本高、效率低的问题。未来，将加大热塑性树脂基碳纤维复合材料的研究，充分发挥其可焊接、可回收的性能优势，努力实现轨道交通碳纤维复合材料的碳中和。

“列车轻量化是助力轨道交通运输绿色低碳转型的有效方法，若‘十五五’新增动车组和城轨车辆次承载结构部件全部采用碳纤维复合材料部件替代，运营一年节约的用电量相当于3个中型火电厂全年发电量，可为节能减排、实现‘双碳’目标提供有力支撑。”史磊说。

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