在近日舉辦的世界頂尖科學家物質(zhì)科學大會上，中國中車集團中車成型科技（青島）有限公司總經(jīng)理史磊表示，軌道交通發(fā)展史就是材料的演變史，中國高鐵主材料從碳素鋼到不銹鋼，再到現(xiàn)在復(fù)興號高速列車車體主材料鋁合金，經(jīng)歷了多代更迭。未來，面對更高時速等級的高速列車，勢必需要一種全新材料來實現(xiàn)軌道交通裝備主材料的升級，碳纖維復(fù)合材料憑借優(yōu)異的性能成為軌道交通裝備升級的絕佳解決方案。
碳纖維被稱為工業(yè)黑黃金，是一種碳含量在95%以上的無機纖維，具備耐高溫、耐腐蝕、可設(shè)計性強的優(yōu)點，強度是鋁合金的5倍，密度只有鋁合金的2/3。此前，碳纖維主要用于航空、航天、體育用品等少數(shù)領(lǐng)域。近年來，隨著設(shè)計與制備技術(shù)日趨成熟，碳纖維復(fù)合材料也逐漸成為輕量化需求迫切的新能源汽車以及軌道交通領(lǐng)域的熱點。
史磊表示，全球軌道交通制造商紛紛針對碳纖維復(fù)合材料展開研究，國外在碳纖維應(yīng)用上起步早，技術(shù)強，但就目前而言，全球仍然沒有實現(xiàn)碳纖維在軌道交通車輛上的批量化應(yīng)用，而且缺乏相關(guān)的技術(shù)標準。
今年6月，全球首列用于商業(yè)化運營的碳纖維地鐵列車“CETROVO 1.0碳星快軌”在青島正式發(fā)布。該列車由中車青島四方機車車輛股份有限公司為青島地鐵1號線研制，較傳統(tǒng)地鐵車輛減重11％，運行能耗降低7%，全生命周期檢修成本降低22%。
史磊表示，碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用雖然已經(jīng)取得階段性成就，但是規(guī)模化應(yīng)用仍面臨一系列關(guān)鍵問題亟待解決。“總的來說就是用不起、用不好、不敢用。碳纖維復(fù)合材料全流程制造成本較高，存在碳纖維單一材料應(yīng)用以及金屬材料設(shè)計固有思維難題，且缺少碳纖維復(fù)材全生命周期整體評價手段和標準。我們經(jīng)過深入研究，已在次承載結(jié)構(gòu)部件上初步突破這三大瓶頸，相關(guān)產(chǎn)品已具備批量化應(yīng)用條件。為了進一步降低成本、提高生產(chǎn)效率，還需針對軌道交通裝備運營工況及各典型部件的載荷及服役特征，開發(fā)專用的高性能、低成本阻燃-增韌-快速固化樹脂，攻關(guān)大絲束碳纖維低成本應(yīng)用技術(shù)，以進一步推動碳纖維復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。”
熱固性樹脂基碳纖維復(fù)合材料在使用過程中也面臨著回收困難的挑戰(zhàn)。史磊表示，目前碳纖維復(fù)合材料回收方式主要為物理回收、熱解回收、化學回收，存在成本高、效率低的問題。未來，將加大熱塑性樹脂基碳纖維復(fù)合材料的研究，充分發(fā)揮其可焊接、可回收的性能優(yōu)勢，努力實現(xiàn)軌道交通碳纖維復(fù)合材料的碳中和。
“列車輕量化是助力軌道交通運輸綠色低碳轉(zhuǎn)型的有效方法，若‘十五五’新增動車組和城軌車輛次承載結(jié)構(gòu)部件全部采用碳纖維復(fù)合材料部件替代，運營一年節(jié)約的用電量相當于3個中型火電廠全年發(fā)電量，可為節(jié)能減排、實現(xiàn)‘雙碳’目標提供有力支撐。”史磊說。（來源：上海證券報）
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