碳纤维复合材料在高铁车身上应用优势凸显
江苏博实科技：随着国内轨道交通行业的迅速发展,人们对轨道车辆轻量化的要求越来越高,碳纤维复合材料成为轨道交通行业的重点。随着碳纤维复合材料制造工艺的不断进步，其在轨道交通车辆上的应用也开始增加，有效拓宽了轨道机车设计的范围，将轨道车辆的设计带到一个新的起点。
一、在车辆前端车罩上进行使用
传统的机车前端车罩是由玻璃纤维树脂基复合材料制成的，其平均厚度在8mm左右，而碳纤维复合材料是由碳纤维预浸料层压制作而成的，层板的厚度仅为2mm。为了增强材料的保温和隔噪性能，可采用碳纤维泡沫夹芯材质制作，内外蒙皮采用碳纤维板，在内部增加一层2mm的泡沫，其强度比传统的材料更高，但是其质量仅为传统材料的2/3，对于降低机车运行的耗能，可以发挥一定的作用。
由于机车需要常年进行运行，因此对车辆的使用寿命要求较高，正常情况下，要求在30年左右，同时对材料的耐气候性和耐腐蚀性也提出了较高的要求。碳纤维复合材料化学成分十分稳定，具备较强的耐腐蚀性能，在酸碱盐的环境中，在保持优良性能的同时，能维持较长的工作时间。此外，由于碳纤维材料的硬度和轻度很高，在机车高速运行的过程中，高速的气流也不会对其造成什么影响。
二、碳纤维复合材料在车体上的应用
传统的车顶是由大截面的冷弯型钢制成的，在车辆的顶部空间中，一般会布置较多的设备，如空调、大型蓄电池等，如果其刚度不足，不仅会产生振动，还容易出现结构性损伤，行车安全得不到保障。此外，车顶材料对耐腐蚀性能也有较高的要求，由于车顶会经常接触雨水，如果车顶材料的抗腐蚀性能不强，往往就容易造成材料结构的穿孔，不仅影响车辆的密闭性，还会导致雨水渗漏入车厢中。目前碳纤维复合材料在车体上的应用，主要集中在车辆的上部结构当中，能够有效的改善上述情况。
利用多个相同截面的碳纤维工字型材料制成纵向梁进行承载，为有效提高各个截面连接处的强度，可以在截面连接处布置一些横向纤维。这样可以保证车顶性能和传统钢制车顶的性能可以基本保持一致，但其刚度却比传统材料制成车顶的刚度高很多，行驶过程中的稳定性变得更强，而重量却只有传统车顶的一半左右，有效的减轻整体机车的重量，降低机车运行的能耗。为了测试其车顶的刚度，研究人员进行了挂负载测试实验，结果显示，在车顶负载4t的情况下，车顶的挠度仅为2mm左右，完全可以满足车顶对刚度的要求。此外，由于碳纤维复合材料具有耐腐蚀性能较好的优点，在长时间的雨淋下，依然保持原有的材料性能，有效提高了车辆使用的可靠性。
三、在车内受力件上的使用
轨道车辆的内部空间包含很多的受力件，如窗把手、写字板支架、门把手、推拉门导轨等。这些受力件在过去大部分是由金属材质制成，不仅质量大，并且在使用过程中会出现磨损、腐蚀等现象。不仅影响外观，甚至对使用寿命也会造成严重影响。
利用碳纤维复合材料来代替传统的金属材料，来制成各种样式的受力件，我们可以将这些受力件的内部设计成中空的形式，能够大幅度的减少重量，且由于其强度比金属还高，中空的设计结构并不会这些受力件的性能造成影响。由于其耐腐蚀性更强，可以在长时间的使用后，还可以保持较为良好的外观，有效提高这些受力件的使用寿命和美观。碳纤维复合材料制品表面特有的花纹，具有较强的美观性，也可以将乘坐室内的一些装饰部件换成碳纤维复合材料的，不仅可以达到美观的作用，还能降低整车的质量。
随着碳纤维合成材料制造技术的不断进步，其在机械零部件制造领域已经开始得到应用，碳纤维复合材料的强度和耐磨性要比钢材好，可以在一些受力较为平稳处进行使用，不仅能够达到使用性能的要求，还能降低机械整体的重量。我们可以将该技术应用于交通工具某些机械部位零件的制造上去，在保证使用性能的同时，降低机械的总体质量，有效提高机车的承载能力。
阅读延伸：《碳纤维复合材料在轨道交通中的应用案例剖析》