碳纤维复合材料在高铁上的应用案例分析
江苏博实科技：高铁全称“高速铁路”，行驶速度达到每小时200公里以上，去远-点的地方，普快、特快可能需要几天，高铁的话几个小时就能到达，而且比乘坐飞机方便多了，广受人民欢迎。高铁的建设，不仅包含了现代轨道交通技术，还包含了机械制造、电动控制等。只有使用优越的材料，才能保证火车在高速行驶的时候不会因过大的摩擦力和过高的温度损坏。碳纤维增强树脂复合材料的抗拉强度可达1400MPa，不惧酸碱盐等化学物质的腐蚀，安全性高、使用寿命长。
碳纤维在高铁中，可用作高速列车的车身结构、动力学前端、内饰、承重结构件或其它零部件。与铝合金和铸钢相比，机械强度提高了35%，抗冲击强度提高了20%。并且列车的整体重量降低了不少，能够有效的减少能耗，今天博实碳纤维带大家看看国内外碳纤维复合材料在高铁中的应用实例。《产品浏览：碳纤维高铁信号灯保护罩（图）》
一、碳纤维列车车厢壳体
瑞士Schindler Waggon公司的工程技术人员在Zurich联邦技术研究院的帮助下采用纤维缠绕的矩形管制铁路客车，使得复合材料车辆的制造方法得以实现突破性进展。所用Goliath 纤维缠绕机长25m，包括一个16t的芯模在内，总承载能力超过35t，工件有效缠绕长度为15 m，最大直径为3.8 m。
首先需要按车厢的内部结构形状加工一个模具，将其连接在一个旋转的芯模上；在其上喷涂有色材料，得到一个精加工的内表面；碳纤维用不饱和聚脂树脂预浸渍。按进料器横向往返移动的速度，模具变换着给出合适的纤维取向。两缠绕层之间铺上一层硬泡沫板绝热层，同时安装好电线和通风系统。随后再加一层纤维/树脂层-层绝热层、一层纤维/树脂层。如果需要增加稳定性，还可以另加泡沫塑料层和缠绕层。内层衬里和隔热物质一起构成整体车体。通过简单加工在合适的部位开好门窗，其最外表面要具有良好的光洁度。
碳纤维复合材料壳体具有如下优点:部件数量大大减少；电路和通风管道一体化；良好的耐腐蚀性；质量轻，绝热性好，使用成本低。复合材料车辆的车厢更容易规划和设计，制造工期也缩短了许多。对经营者而言，质量轻又保温的客车可节省整个寿命期的费用，降低能耗，减少车轮和钢轨的磨损，易修补和易清扫。
二、碳纤维转向架
转向架是支撑车体，保证列车运行平稳性的重要部件，其构架又是特别重要的高强度高耐疲劳性能的大型承载构件。早在20世纪80年代中期，德国AEC和MBB公司就在联邦研究技术部的支持下，在联邦铁路的合作下，研究试制成世界上第一台复合材料转向架构架(称之为FVW构架)，型号为HLD- E的转向架设计速度为200 km/h，由两根侧梁和两根横梁组成构架，用复合材料制成一个整体的双H形构架。
在HLD-E型转向架复合材料构架运行成功的基础上，1992年12月又研制成ICE高速列车用HLD- 300型转向架，设计速度为300 km/h。后者对复合材料构架作了改进，由以前的整体式改为2个侧梁2个横梁分别制造，然后再连接组装为构架，这样可降低制造成本。该构架1993年1月在滚动试验台上试验，1993年3月在线路上进行运行试验，试验最高速度达到330km/ h。
德国试制的复合材料转向架构架采用了两项先进技术:一是构架内部安装了光导纤维裂纹传感器，以便于构架的无损探伤；二是取消了轮对与构架之间的一组弹簧悬挂，直接由构架本身的弹性结构来完成它的功能，这就要求碳纤维复合材料构架在6个不同部分有大不相同的刚度的要求，充分体现了复合材料可设计性强的优点。德国研制的碳纤维复合材料转向架构架达到了减轻质量减少零件数目和改善性能的目标。
三、碳纤维列车车体
上海磁浮TR08列车车体的设计，采用国外20世纪90年代中的技术，为混合结构方案。即:若干块铝面板泡沫夹层板通过纵向多孔闭室铝合金挤压型材连成一体。连接方式中包括了铆接激光焊和胶接。
但到了上世纪90年代末至本世纪初，国外发展了整体FRP复合材料面板泡沫芯夹层结构的车体。典型的有前述的瑞士Schindler Waggon公司的纤维缠绕矩形截面车体，试验车已在德国Munchen行驶7年至今。
其它还有法国TGV和英国Fibercom均采用树脂注射工艺制造。值得注意的另一动向是本世纪初在航空界继B-2轰炸机和F22四代战机后，大型客机的主受力件(包括机翼和机身)也开始大量使用FRP复合材料。例如已试飞的空中客车A380中，复合材料占结构重量的25%；而波音7E7提出要达50%。
为了保证在21世纪的竞争优势，空中客车正在实施一个CFRP复合材料机身的研制计划，目标是达到减重30%降低成本40%，并达到抗疲劳耐腐蚀降噪保温的目的。它所采用的设计理念是整体式双层壳体方案(Inte-grated Double Shell， 简为IDS) :用FRP作双层面板，用泡沫芯或折叠纸芯作芯层的夹层结构。