高铁碳纤维发展之路

近几年来，由我国自行设计研制、全面拥有自主知识产权的中国高铁频频亮相，不断刷新国际社会对中国高铁的认知。目前，我国铁路投入运营的动车组已有2395余组，居世界首位，安全运行里程超过37.4亿公里。通过对引进技术的消化吸收和根据实际情况大胆创新，中国高铁在短短十数年里呈现出系统技术全面、造价低、建设速度快等优势，用“中国速度”展示着“中国制造”的魅力与实力。

业内人士大多知道，碳纤维这种性能优越的高新材料在高铁“中国速度”中起到了不容忽视的作用，其对高铁的意义主要表现在以下两个方面：一是实现高铁车身轻量化。碳纤维重量轻，密度仅1.78克/立方厘米，和塑料差不多，但它的强度比钢材要高7倍以上，大量使用碳纤维零部件，可以减少传统钢结构在高铁车身中所占的比重。高铁整体的超轻量化，有利于减少行驶时所受到的阻力，直接降低能耗，减少二氧化碳的排放，实现速度的提升。

二是增加了高铁运行的安全性。高铁的运行速度越快，对车体各部位的耐久性要求也越高，例如，2010年底，“和谐号”CRH380A在京沪高速铁路先导段枣庄至蚌埠间线路上进行联调联试和综合试验时跑出了486.1公里的时速，但这种高时速对列车轴承的冲击非常大，在冲击高速之后，列车上的所有轴承几乎都要重新更换。虽然现在对高铁实行降速，但是一般的高铁时速也都在200公里以上，这就需要有强耐受力的材料保障高铁的运行安全。碳纤维材料强度高达3600MPa，特别是用碳纤维制成的方向盘，机械强度和抗冲击性相比普通材料分别提高35%和20%以上。整车强度理论上也比普通材料的车身至少强上20%-30%，同时不惧酸碱盐等化学物质的腐蚀，使用寿命长。

另外，高铁需要在较短时间内跨越温差较大的地域，从冰天雪地的哈尔滨到春意融融的广州，短时间内经历较大的温差需要保持零部件的零变形，这对普通材料来说是个巨大的挑战，但是这对于碳纤维来说，则是其强项。目前，碳纤维复合材料既可以应用于列车内饰、受电弓和设备舱等非承载、次承载部件，也可以应用于车体、转向架这类主承载部件。

在高铁制造对碳纤维表现出明显需求态势时，不少碳纤维加工制造企业也及时瞄准了高铁这一市场，主动对接产业。碳纤维原丝是在2000-3000摄氏度的高温中预氧化、碳化而成的，能够耐高温上千摄氏度。但是在具体的应用中，碳纤维原丝主要是以碳纤维复合材料的形式出现的，因此，必须使该复合材料在发挥原丝优异性能的同时，还兼具其它方面的特性，以达到高铁环保、安全等方面的高标准。

为此，大量的研发团队在不断努力下，通过对基体树脂的大量改性实验，成功研制出具有阻燃、耐高温、增韧、抗震、防水等多种性能的碳纤维复合材料，满足高铁发展的新需求。

当前，中国的高铁建设正处于繁荣时期，通过多年的努力和积淀，中国已全面掌握高速铁路的核心技术，行业总体水平已跻身于世界先进行列。交错密布的轨道上，高铁风驰电掣般的“中国速度”代表着“中国制造”已经走在自主知识产权引导发展的道路上。在此过程中，碳纤维新材料的运用不仅推动着高速列车行驶的轻量化，也将带动高铁制造业实现全新的变革，进一步提升“中国速度”。