由于工作的緣故，我得以接觸軌道交通領(lǐng)域?qū)μ祭w維復(fù)合材料的需求。對未來軌道交通領(lǐng)域感興趣的碳纖維企業(yè)不在少數(shù)，卻總感覺徘徊在門外，不得入門的法則。今天談一談對碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的個(gè)人見解，希望給有志于開拓軌道交通市場的朋友參考。

軌道交通輕量化是必然趨勢

從軌道交通車輛生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部來看，對碳纖維復(fù)合材料輕量化的應(yīng)用決心很大?，F(xiàn)在已經(jīng)到了逢會必談輕量化，逢輕量化必談碳纖維應(yīng)用的階段。中車青島四方機(jī)車與德國的德累斯頓工業(yè)大學(xué)成立了中德軌道交通聯(lián)合研發(fā)中心，最主要任務(wù)就是研究碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車輛中的應(yīng)用。江蘇恒神與中車下屬長春軌道客車公司簽署協(xié)議，研發(fā)碳纖維車體。

為什么軌道交通裝備企業(yè)這么熱衷于碳纖維復(fù)合材料？主要還是因?yàn)檩p量化是一道硬杠杠。目前動車組車廂除了CRH1采用不銹鋼車身，其他車型都采用高強(qiáng)度鋁合金材料，用以減輕重量。即使這樣，一節(jié)動車組車體重量也要十多噸。而動車組在啟動加速階段的耗能是最大的，根據(jù)著名的F=ma公式，減輕重量可以大幅降低運(yùn)行能耗，同時(shí)重量輕了，對車軸和車輪的磨耗也會減小。

在中車青島四方機(jī)車的技術(shù)中心，有數(shù)以千計(jì)的技術(shù)人員，每天做著動車組車輛的優(yōu)化再設(shè)計(jì)工作，他們?yōu)榱藴p輕1公斤的重量而絞盡腦汁。輕量化包括輕量化材料的使用和輕量化設(shè)計(jì)。鋁合金的輕量化設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到瓶頸，再減輕重量必然會犧牲性能。于是，碳纖維復(fù)合材料，成為下一步重點(diǎn)發(fā)展的輕量化材料。

碳纖維應(yīng)用道阻且長

在過去的幾年的時(shí)間，中車下屬企業(yè)也做了大量工作，與碳纖維企業(yè)聯(lián)合研發(fā)碳纖維的部件。但是目前為止，除了內(nèi)裝使用玻纖復(fù)合材料比較多外，沒有任何部件大規(guī)模使用碳纖維。除了成本因素外，更大的原因是對使用碳纖維復(fù)合材料的一種擔(dān)憂。

這種擔(dān)憂來源于諸多不確定性。首先，使用碳纖維復(fù)合材料之后，能不能達(dá)到力學(xué)性能要求，怎么做到用最少的材料滿足設(shè)計(jì)需求。這就需要復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的原材料性能要可靠，通過試樣(單層板和層合板)、元件、組合件、全尺寸部件等多個(gè)層次的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，才能放心使用。

第二個(gè)不確定性來自于安全性。目前高鐵動車組跑到一定的公里數(shù)要進(jìn)行不同等級的維護(hù)，到最高5級修的時(shí)候，需要把車體油漆全部脫離掉，檢查車體是否含有裂紋等缺陷。如果換成復(fù)合材料車體，那么維護(hù)周期要多長？老化壽命有多久？內(nèi)部出現(xiàn)缺陷如何檢測、如何修復(fù)？

最后，軌道交通領(lǐng)域還未建立起一套復(fù)合材料應(yīng)用體系。面對諸多不確定問題，缺乏和碳纖維企業(yè)一致的對接借口。

碳纖維應(yīng)用路線圖

其實(shí)很多軌道交通車輛企業(yè)面臨的問題，在碳纖維相關(guān)企業(yè)那里能得到很好的解決方案。但是，缺乏有效的溝通，讓這些困難變得難以逾越。中車下屬企業(yè)非常歡迎相關(guān)企業(yè)做交流，因?yàn)槟氵@是在替他們解決困難?，F(xiàn)在很多企業(yè)看上軌道交通這個(gè)市場，卻在門口團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)，甚至不曾探頭向里面瞧瞧里面發(fā)生了什么。

未來碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的市場非常大，軌道交通裝備企業(yè)也為此投入巨大，很多時(shí)候有了需求卻沒有合適的合作對象。對合作伙伴的要求主要有可靠的原材料品質(zhì)、能夠提供技術(shù)支持去做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)。

在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用對產(chǎn)品和企業(yè)提出了更高的要求，肯定會比很多體育休閑和建筑加固要求更高。那些動輒宣傳技術(shù)領(lǐng)先的碳纖維企業(yè)，敢不敢來吃這塊蛋糕？