在近日舉辦的世界頂尖科學家物質科學大會上，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)在復興號高速列車車體主材料鋁合金，經歷了多代更迭。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)領域。近年來，隨著設計與制備技術日趨成熟，碳纖維復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合材料展開研究，國外在碳纖維應用上起步早，技術強，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用，而且缺乏相關的技術標準。
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域應用雖然已經取得階段性成就，但是規(guī)模化應用仍面臨一系列關鍵問題亟待解決。“總的來說就是用不起、用不好、不敢用。碳纖維復合材料全流程制造成本較高，存在碳纖維單一材料應用以及金屬材料設計固有思維難題，且缺少碳纖維復材全生命周期整體評價手段和標準。我們經過深入研究，已在次承載結構部件上初步突破這三大瓶頸，相關產品已具備批量化應用條件。為了進一步降低成本、提高生產效率，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，攻關大絲束碳纖維低成本應用技術，以進一步推動碳纖維復合材料在軌道交通領域的規(guī)模化應用。”
熱固性樹脂基碳纖維復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型的有效方法，若‘十五五’新增動車組和城軌車輛次承載結構部件全部采用碳纖維復合材料部件替代，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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