碳纖維(carbonfiber)是由有機纖維經過一系列轉化得到石墨微晶材料，其組成為含碳量高達90%以上高分子碳纖維，力學性能十分優秀。碳纖維與基質材料復合成的碳纖維復合材料可應用在車輛生產、精密制造、軍工航天等高技術領域，還可用在工業生產、醫療器械、生物工程等方面。隨著軌道交通運輸行業對軌道客車的安全性、舒適性、綠色節能性提出了新的要求，碳纖維復合材料作為一種新型替代材料逐漸引起了世界各國的關注。

一、碳纖維復合材料的應用優勢

碳纖維復合材料除了具有一般碳材料的特性外，與常見的金屬材料相比，更具有一些優異的力學和化學性能。碳纖維復合材料的應用優勢有以下幾個方面：

(1)密度低，碳纖維復合材料的密度為1.5g/cm3-2.0 g/cm3；

(2)強度高，碳纖維復合材料抗拉強度可達3500MPa，是鋼的5倍、鋁的8倍；

(3)比強度高，同一種規格尺寸的產品，用碳纖維復合材料制作，其質量是鋼的1/4，是鋁合金的1/2，就可以承受住同等強度；

(4)耐高溫， 博實碳纖維研制的耐高溫碳纖維復合材料板可在300℃的溫度中使用，高溫條件仍然保持原有性征不變；

(5)耐酸堿鹽腐蝕，并且可以抵抗外界的惡劣條件。

二、碳纖維復合材料在高速列車上的應用案例

軌道車輛的運行速度越高，給軌道帶來的沖擊力越大。而車輛的輕量化可以減少在行駛過程中對鋼軌造成的損耗。碳纖維作為一種性能優秀的替代性材料，在國內外列車的不同部位都有著很多的應用案例，這里博實碳纖維帶大家來做個簡單的了解。

(1)動力學前端上的應用

在列車高速行駛中，動力學前端會受到很大的阻力，大約占列車運行總阻力的50%。因此，通過減少列車動力學前段的重量，優化其結構，可以起到降低能耗、提高列車運行的穩定性的效果。碳纖維復合材料制造的軌道列車動力學前端能夠承受很大的正負壓，能夠滿足列車運行中對強度和剛度的要求。

碳纖維列車動力學前端

英國使用碳纖維復臺材料制造的動力學前端比傳統鋼結構輕30%~ 35%。并且這種機車動力學前端能夠能夠承受一個0.9kg的立方體鋼塊以350m/h的速度對其的沖擊，抗沖擊性能十分優秀。 更為重要的是在以300km/h速度行駛的時候，能保證很好的尺寸穩定性。

(2)車體上的應用

車體是軌道列車的重要組成部分，為了進一步減輕車體的重量，研究人員開始嘗試采用碳纖維復合材料來替代鋁合金和鋼制車身。

法國采用碳纖維和玻璃纖維等復合材料生產了雙層TGV掛車樣車，并對其耐火性、抗沖擊強度等因數進行測試。測試結果表明，復合材料車體在振動性能和絕熱防火性能等方面具有突出的優點，并且乘車的舒適度有了很大的改善。辛德勒客車公司用碳纖維纏繞的方法制成輕型列車車體，生產的樣車在鐵路線上進行運行試驗，實際運行速度可達140km/h，并且強度和剛度均能達到預期的要求。

雙層TGV掛車

而最有代表性的案例是韓國在2010年投入運營的TTX列車，該列車車體外殼采用碳纖維復合材料蒙皮和鋁夾芯結構。該碳纖維夾芯材質構造使車體重量降低了40%，運行過程中沒有出現明顯的安全問題，各項性能指標均能滿足設計要求。

我國的藍箭、中華之星以及和諧號高速列車的一部分內飾件也采用了碳纖維復臺材料。

(3)制動裝置上的應用

高速列車的快速發展，要求其制動裝置的控制精度、制動閘片的損耗控制也需要不斷改進。碳纖維復臺材料制造的制動閘片已經通過了試驗驗證，具備了小批量生產的能力。

我國某科研單位研制出一款碳纖維閘片，并對其做了一系列的測試。分別對120km/h及200km/h速度下碳纖維閘片的摩擦系數、溫升和磨損量進行試驗。結果顯示，與鑄鐵材質的閘片相比，碳纖維閘片耐磨性好，并且在整個試驗過程中溫度變化不大。

三、總結：

隨著國家對軌道車輛輕量化及低碳環保要求提高，碳纖維復合材料必將越來越多地應用到軌道交通車輛上。目前國內碳纖維復合材料在軌道車輛應用還屬于起步階段，隨著科研機構及企業對新型復合材料在軌道車輛上應用研究越來越深入，軌道交通車輛新材料應用方面必將獲得大發展，將會為軌道交通車輛提供越來越多的碳纖維部件。