碳纤维复合材料是否能用于高铁空调制造？
江苏博实科技：近年来，随着轨道交通的飞速发展，对轨道车辆的减重要求越来越高，目前，轨道交通车辆中的车头罩、墙板、顶板、间壁、转向架等车体结构件，以及座椅骨架、驾驶台等内饰部件，都能采用碳纤维复合材料进行制作，不仅能够减少车体的重量，提高车速，还能减少能源消耗，对环境保护也有着重要的意义。阅读延伸：《碳纤维主要用于轨道交通车辆的哪些部位？》
既然碳纤维复合材料可以制造这么多的配件，那么是否可以应用于轨道交通车辆的空调机壳呢？据市场调查发现，国国内目前尚无这个先例，行业内部也没有开展类似的材料研究对比，所以说，将碳纤维复合材料应用于轨道交通车辆的空调壳体上有着首创性的意义。
首先博实碳纤维带大家来分析一下，轨道交通车辆空调机壳体结构有哪些特点？
轨道交通车辆空调机壳体-般采用1-2 mm厚度的不锈钢板或23 mm厚度的铝合金板，通过钣金加工的方式进行零件成型，再用焊接、铆接等连接方式将钣金加工零件拼装成空调机壳体。这种方式生产的车辆空调机壳体具有外形尺寸大、结构复杂等特点，并且能够满足30年的使用寿命要求。
碳纤维复合材料的相对密度仅是钢的1/4- 1/5，能够符合轨道交通轻量化的要求。碳纤维复合材料的抗拉强度一般在3.5GPa以上，是钢的7-9倍；抗拉弹性模量为230-430 GPa， 亦高于钢。耐酸、碱和腐蚀，抗磁及绝缘性能优于不锈钢和铝合金材料。可设计性强，能够为轨道交通空调机壳体结构的优化设计提供了广阔的自由度。
首先建立碳纤维复合材料空调机壳体有限元分析模型，进行数值仿真模拟。将试制的车辆碳纤维复合材料空调机壳体样件组装成变频车辆空调，并进行碳纤维复合材料变频车辆空调机壳体性能测试。采用CAD/CAE(计算机辅助设计/计算机辅助教学)等技术设计出空调机组，分析空调机组振动模态、疲劳性能、振动冲击性能等；研究碳纤维壳体的铺丝方式及其力学性能，并采用先进碳纤维制造工艺和空调机组装配工艺，制造出符合轨道交通车辆要求的空调机组。
根据IEC 61373-2010《铁路应用车辆设备冲击和振动试验》标准中1类A级的规定，对采用碳纤维复合材料壳体的轨道交通车辆空调机组样机进行了振动冲击试验。试验顺序依次为正弦扫频试验、模拟长寿命试验、冲击试验和功能性随机振动试验。其中，模拟长寿命试验和功能试验为随机振动试验。
振动试验结果全部合格，证明采用碳纤维复合材料壳体的轨道交通车辆空调机组满足应用环境要求和寿命要求等。
采用碳纤维复合材料制造的轨道交通车辆空调机组壳体在满足车辆运用环境要求的前提下，可使轨道车辆空调显著减重。其与同类型不锈钢材料壳体相比，质量可减轻约65% ；与同类型铝合金材料壳体相比，质量可减轻约30%。
由此可见，采用碳纤维复合材料完全可以替代传统金属材料制作轨道交通车辆空调壳体，并且能达到满足轨道交通车辆整车减重、节能的目的。符合轨道交通车辆空调技术向节约型和轻量化方向转变的需求，以及我国轨道交通行业发展趋势和国家节能减排的政策导向，值得大力推广。