近幾年來，由我國自行設計研制、全面擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國高鐵頻頻亮相，不斷刷新國際社會對中國高鐵的認知。目前，我國鐵路投入運營的動車組已有2395余組，居世界首位，安全運行里程超過37.4億公里。通過對引進技術(shù)的消化吸收和根據(jù)實際情況大膽創(chuàng)新，中國高鐵在短短十數(shù)年里呈現(xiàn)出系統(tǒng)技術(shù)全面、造價低、建設速度快等優(yōu)勢，用"中國速度"展示著"中國制造"的魅力與實力。

　　碳纖維拉動中國速度

　　業(yè)內(nèi)人士大多知道，碳纖維這種性能優(yōu)越的高新材料在高鐵"中國速度"中起到了不容忽視的作用，其對高鐵的意義主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

　　一是實現(xiàn)高鐵車身輕量化。碳纖維重量輕，密度僅1.78克/立方厘米，和塑料差不多，但它的強度比鋼材要高7倍以上，大量使用碳纖維零部件，可以減少傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)在高鐵車身中所占的比重。高鐵整體的超輕量化，有利于減少行駛時所受到的阻力，直接降低能耗，減少二氧化碳的排放，最終實現(xiàn)速度的提升。

　　二是增加了高鐵運行的安全性。高鐵的運行速度越快，對車體各部位的耐久性要求也越高，例如，2010年底，"和諧號"CRH380A在京滬高速鐵路先導段棗莊至蚌埠間線路上進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合試驗時跑出了486.1公里的時速，但這種高時速對列車軸承的沖擊非常大，在沖擊最高速之后，列車上的所有軸承幾乎都要重新更換。雖然現(xiàn)在國家對高鐵實行降速，但是一般的高鐵時速也都在200公里以上，這就需要有強耐受力的材料保障高鐵的運行安全。碳纖維材料強度高達3600MPa，特別是用碳纖維制成的方向盤，機械強度和抗沖擊性相比普通材料分別提高35%和20%以上。整車強度理論上也比普通材料的車身至少強上20%~30%，同時不懼酸堿鹽等化學物質(zhì)的腐蝕，使用壽命長。

　　另外，高鐵需要在較短時間內(nèi)跨越溫差較大的地域，從冰天雪地的哈爾濱到春意融融的廣州，短時間內(nèi)經(jīng)歷較大的溫差需要保持零部件的零變形，這對普通材料來說是個巨大的挑戰(zhàn)，但是這對于碳纖維來說，則是其強項。

　　目前，碳纖維復合材料既可以應用于列車內(nèi)飾、受電弓和設備艙等非承載、次承載部件，也可以應用于車體、轉(zhuǎn)向架這類主承載部件。

　　在高鐵制造對碳纖維表現(xiàn)出明顯需求態(tài)勢時，不少碳纖維加工制造企業(yè)也及時瞄準了高鐵這一市場，主動對接產(chǎn)業(yè)。當前，中國的高鐵建設正處于繁榮時期，通過多年的努力和積淀，中國已全面掌握高速鐵路的核心技術(shù)，行業(yè)總體水平已躋身于世界先進行列。交錯密布的軌道上，高鐵風馳電掣般的"中國速度"代表著"中國制造"已經(jīng)走在自主知識產(chǎn)權(quán)引導發(fā)展的道路上。在此過程中，碳纖維新材料的運用不僅推動著高速列車行駛的輕量化，也將帶動高鐵制造業(yè)實現(xiàn)全新的變革，進一步提升"中國速度"。

　　要速度更要安全感

　　不過，在提升速度的同時安全性更不能被忽視。軌道交通，如高鐵，在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，它們的安全性直接關(guān)系到人民群眾的切身利益。那么,碳纖維復合材料在軌道交通車輛領(lǐng)域應用有哪些關(guān)鍵的安全性問題呢?

　　首先,碳纖維若要應用在高鐵車輛上,除了滿足強度、剛度、減重方面的要求,安全性是一個繞不開的話題。

　　安全性的核心在于防火,高鐵車廂是一個密閉的空間,如果發(fā)生火災,乘客無法躲避。如果阻燃性做的太差,發(fā)生安全事故絕對是大概率,畢竟誰也不愿意坐在易燃易爆品上旅行。

　　防火的要求

　　碳纖維復合材料應用于軌道交通領(lǐng)域,防火是關(guān)鍵點。所謂的防火,要涉及四個方面的內(nèi)容,阻燃性、煙密度、熔滴性、煙毒性。

　　阻燃性

　　首先阻燃性,指材料具有明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。也就是火焰燒到到復合材料部件上,無法繼續(xù)向前蔓延。通常用產(chǎn)品燃燒破壞長度或者燃燒熄滅時間來判斷阻燃性的好壞。

　　例如德國鐵路車輛防火標準D5510-2對阻燃性分為 S2~S5(S2/S3/S4/S5)四個等級，即

　　DIN5510-2 S2級要求：產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過30cm。

　　DIN5510-2 S3級要求：產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過25cm且后燃燒時間不超過100s。

　　DIN5510-2 S4級要求：產(chǎn)品燃燒破壞長度不超過20cm且后燃燒時間不超過10s。

　　DIN5510-2 S5級要求：產(chǎn)品燃燒破壞長度無且后燃燒時間無。

　　煙密度

　　其次是煙密度,也就是火焰蔓延到復合材料部件上,發(fā)出的煙的多少。一般來講,發(fā)煙越少,對人體危害越小。測試煙密度,主要利用光線通過煙霧衰減多少來評判。光線衰減越大,煙密度越大,光線衰減越小,煙密度越小。

　　熔滴性

　　關(guān)于熔滴性,很容易理解。比如燒塑料制品,會發(fā)現(xiàn)塑料被燒成液滴,并伴隨著火苗滴落下來。熔滴性差的復合材料制品,會造成火焰蔓延的不可控。所以,對熔滴性的評判,只有兩個標準,產(chǎn)生熔滴和不產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。

　　煙毒性

　　地鐵/高鐵等車輛的火災的傷亡中,濃煙引起的窒息死亡遠遠大于火災本身造成的死亡,因此對地鐵/高鐵等材料的煙霧毒性的測試十分必要。D5510-2標準設置毒性指數(shù)FED指標來評判煙毒性,通常要求煙毒性指數(shù)FED≤1。

　　未來600公里時速磁懸浮列車的研發(fā),貼地飛行對車輛減重提出了更高的要求,所以碳纖維復合材料替換鋁合金是大勢所趨。針對軌道交通開發(fā)出適合其特點的樹脂以及預浸料體系,顯得尤為重要。