相关数据显示，截止2020年上半年，国内铁路干线已开通86条，长度达到3.7万公里，在线运营的列车达到3665组，运营里程及列车保有量均占世界的2/3。
按照国家铁路局的规划，到2030年，铁路里程将达4.5万公里，7000组列车将投入使用。在城轨方面，截止2019年底，国内有40个城市共开通208条城轨，里程达到6736公里，列车数量达到6966列。“预计到2025年总计将再建7800公里，届时列车保有量将超16000列。这将为碳纤维复合材料带来巨大的市场诉求。”
在由青岛地铁集团有限公司、智慧轨道交通产业观察、中国技术市场协会轨道交通专业委员会、国家先进轨道交通装备创新中心、寻材问料®等共同主办的“2020中国智慧轨道交通产业峰会”上，中车青岛四方机车车辆股份有限公司复合材料研发部部长高玉龙分享了碳纤维复合材料在轨道交通的应用。
高玉龙表示，目前中国高速列车有3800组，碳纤维等复合材料的使用率若达30%，将产生30~50万吨需求，若推广至城轨及货运等领域，将超过100万吨的需求。“如果进展顺利，则碳纤维复合材料在轨交列车的使用可期待3~5万吨/年的市场规模。”
应用经验日趋成熟
据了解，自20世纪50年代以来，碳纤维复合材料以其轻质高强、抗疲劳、可设计性强等独特的性能，早期用在航空、航天等尖端领域，随着碳纤维复合材料性能的不断完善及成本的降低，在汽车、船舶、风电等领域得到了广泛应用，轨交车辆借鉴不同领域的应用成果，从次承载件到主承载件进行了大量尝试，积累了丰富经验。
国内的碳纤维复合材料在轨交列车的应用较晚，但发展迅速，在机车、客车、货车、高速列车、城际、城轨等不同应用领域研发大量尝试，积累了丰富的经验。
他表示，碳纤维复合材料已经逐步成为系统解决方案，如在轻量化方面，列车头罩的整体成型，减重20%；风挡渡板整体成型，减重40%；司机室整体成型，减重35%；操纵台模具成型，减重30%；设备舱减重35%；裙板整体成型，减重30%。
目前碳纤维复合材料的应用正逐步向主结构发展，他表示，时速140公里的下一代地铁司机室、车体、构架及设备舱等主结构，正在进行大型碳纤维复合材料复杂部件的设计工艺探索，为主结构向碳纤维复合材料迁移准备技术储备，目前已完成运用考核。
“碳纤维复合材料正在逐步向高速列车领域发展。”他表示，碳纤维复合材料应用于高铁模块化结构，可单件、也可模块及整体拆装，形成抽拉式底板和折页式裙板，便于组装、维护。如此一来，与传统的铝合金相比减重达到35%，并可承受振动冲击和高温、高湿、风沙雨雪侵蚀。
现场，他展开介绍了碳纤维复合材料在高速列车领域的发展现状。
突破与挑战
高玉龙分析了当前碳纤维复合材料在轨交列车应用的技术突破。
他表示，经过四代设备舱的研发及过程优化，碳纤维复合材料的应用成本达到铝合金的1.5倍，达到减重30%。“通过大批量生产驱动则可实现与铝合金成本相当。”
材料选型方面探索了适用于轨道车辆的满足低成本、中强、中温、耐候、抗冲击等技术要求的织物、预浸料、芯材、胶粘剂体系；树脂体系方面探索了不同树脂的阻燃改性方法，表面防火膜等多种阻燃解决方案，解决了设备舱的防火问题，摸索出适用于轨道车辆结构的耐火方案。
检验验证方面通过了设备舱骨架及模块强度试验、模态试验、防火试验、冲击试验、无损检测等验证要求。
“未来需要充分挖掘复合材料的特点，进一步优化结构，探索高效、自动化的生产工艺，提高产品生产效率与成品率。”
最后，他分析了碳纤维复合材料应用面临的挑战。
“形成轨道交通领域碳纤维复合材料选型、结构设计、仿真优化、试验验证、制造检查、检修维护、回收利用等的基于TQC控制的一站式轻量化解决方案，并实现工程化迁移目标，仍面临艰巨挑战。”（来源：新材料在线）
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