高鐵+碳纖維復(fù)合材料=“中國(guó)速度”

       時(shí)速350公里，時(shí)速400公里，世界高鐵史上首次實(shí)現(xiàn)時(shí)速420公里交會(huì)和重聯(lián)運(yùn)行……

    近幾年來(lái)，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)研制、全面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)高鐵頻頻亮相，不斷刷新國(guó)際社會(huì)對(duì)中國(guó)高鐵的認(rèn)知。目前，我國(guó)鐵路投入運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車組已有2395余組，居世界首位，安全運(yùn)行里程超過(guò)37.4億公里。通過(guò)對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和根據(jù)實(shí)際情況大膽創(chuàng)新，中國(guó)高鐵在短短十?dāng)?shù)年里呈現(xiàn)出系統(tǒng)技術(shù)全面、造價(jià)低、建設(shè)速度快等優(yōu)勢(shì)，用“中國(guó)速度”展示著“中國(guó)制造”的魅力與實(shí)力。

    業(yè)內(nèi)人士大多知道，碳纖維這種性能優(yōu)越的高新材料在高鐵“中國(guó)速度”中起到了不容忽視的作用，其對(duì)高鐵的意義主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)高鐵車身輕量化。碳纖維重量輕，密度僅1.78克/立方厘米，和塑料差不多，但它的強(qiáng)度比鋼材要高7倍以上，大量使用碳纖維零部件，可以減少傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)在高鐵車身中所占的比重。高鐵整體的超輕量化，有利于減少行駛時(shí)所受到的阻力，直接降低能耗，減少二氧化碳的排放，最終實(shí)現(xiàn)速度的提升。

     二是增加了高鐵運(yùn)行的安全性。高鐵的運(yùn)行速度越快，對(duì)車體各部位的耐久性要求也越高，例如，2010年底，“和諧號(hào)”CRH380A在京滬高速鐵路先導(dǎo)段棗莊至蚌埠間線路上進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試和綜合試驗(yàn)時(shí)跑出了486.1公里的時(shí)速，但這種高時(shí)速對(duì)列車軸承的沖擊非常大，在沖擊最高速之后，列車上的所有軸承幾乎都要重新更換。雖然現(xiàn)在國(guó)家對(duì)高鐵實(shí)行降速，但是一般的高鐵時(shí)速也都在200公里以上，這就需要有強(qiáng)耐受力的材料保障高鐵的運(yùn)行安全。碳纖維材料強(qiáng)度高達(dá)3600MPa，特別是用碳纖維制成的方向盤，機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性相比普通材料分別提高35%和20%以上。整車強(qiáng)度理論上也比普通材料的車身至少?gòu)?qiáng)上20%-30%，同時(shí)不懼酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。

    另外，高鐵需要在較短時(shí)間內(nèi)跨越溫差較大的地域，從冰天雪地的哈爾濱到春意融融的廣州，短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷較大的溫差需要保持零部件的零變形，這對(duì)普通材料來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，但是這對(duì)于碳纖維來(lái)說(shuō)，則是其強(qiáng)項(xiàng)。目前，碳纖維復(fù)合材料既可以應(yīng)用于列車內(nèi)飾、受電弓和設(shè)備艙等非承載、次承載部件，也可以應(yīng)用于車體、轉(zhuǎn)向架這類主承載部件。

    在高鐵制造對(duì)碳纖維表現(xiàn)出明顯需求態(tài)勢(shì)時(shí)，不少碳纖維加工制造企業(yè)也及時(shí)瞄準(zhǔn)了高鐵這一市場(chǎng)，主動(dòng)對(duì)接產(chǎn)業(yè)，無(wú)錫威盛新材料科技有限公司就是推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料在高鐵領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用的典型代表。該公司深入研究具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的復(fù)合材料及批量化制造技術(shù)，特別是在針對(duì)高鐵產(chǎn)業(yè)的碳纖維結(jié)構(gòu)件的開發(fā)方面有卓越的表現(xiàn)。例如，運(yùn)動(dòng)和靜止兩種不同狀態(tài)對(duì)阻燃材料的要求完全不同，目前的高鐵列車平均速度每小時(shí)大于200公里，這樣的行駛速度會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的摩擦力而使溫度顯著升高，這就對(duì)車身及相關(guān)構(gòu)件的耐高溫性和阻燃性提出很高的要求。碳纖維原絲是在2000-3000攝氏度的高溫中預(yù)氧化、碳化而成的，能夠耐高溫上千攝氏度。但是在具體的應(yīng)用中，碳纖維原絲主要是以碳纖維復(fù)合材料的形式出現(xiàn)的，因此，必須使該復(fù)合材料在發(fā)揮原絲優(yōu)異性能的同時(shí)，還兼具其它方面的特性，以達(dá)到高鐵環(huán)保、安全等方面的高標(biāo)準(zhǔn)。

    為此，深材科技的國(guó)際化研發(fā)團(tuán)隊(duì)在通過(guò)對(duì)基體樹脂的不斷創(chuàng)新、超大量研發(fā)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，成功研制出具有高彈性模量、動(dòng)態(tài)增韌、耐高溫、阻燃等多種性能的碳纖維復(fù)合材料，尤其是在動(dòng)態(tài)韌性的嚴(yán)坷條件下取得了空前的突破，在最大程度上滿足高鐵發(fā)展的新需求。

因?yàn)榧夹g(shù)成熟，基礎(chǔ)雄厚，目前已和國(guó)內(nèi)多家軌道交通企業(yè)達(dá)成長(zhǎng)期合作協(xié)議，共同研制開發(fā)多類高鐵零部件復(fù)合材料。除了車身及結(jié)構(gòu)件之外，深材的碳纖維扶手、碳纖維座椅等其他車廂內(nèi)飾也將陸續(xù)走進(jìn)高鐵制造市場(chǎng)。

    當(dāng)前，中國(guó)的高鐵建設(shè)正處于繁榮時(shí)期，通過(guò)多年的努力和積淀，中國(guó)已全面掌握高速鐵路的核心技術(shù)，行業(yè)總體水平已躋身于世界先進(jìn)行列。交錯(cuò)密布的軌道上，高鐵風(fēng)馳電掣般的“中國(guó)速度”代表著“中國(guó)制造”已經(jīng)走在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)引導(dǎo)發(fā)展的道路上。在此過(guò)程中，碳纖維新材料的運(yùn)用不僅推動(dòng)著高速列車行駛的輕量化，也將帶動(dòng)高鐵制造業(yè)實(shí)現(xiàn)全新的變革，進(jìn)一步提升“中國(guó)速度”。