在過去一百年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間里，交通工具經(jīng)歷了從“木材時(shí)代”的馬車、“鋼鐵時(shí)代”的火車到“鋁材時(shí)代”的飛躍，才有今天的飛機(jī)上天、高鐵飛馳。 

近日，中國(guó)中車正在將交通工具從“鋼鐵時(shí)代”、“鋁材時(shí)代”推向“碳材時(shí)代”，促進(jìn)車輛減重35%以上，推動(dòng)交通工具的“材質(zhì)革命”。這是中國(guó)中車為世界交通貢獻(xiàn)的“中國(guó)智慧”和“中國(guó)方案”。

新年伊始，中車長(zhǎng)客股份公司在軌道交通領(lǐng)域再獲重大突破，研制出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首輛全碳纖維復(fù)合材料地鐵車體。此次全復(fù)合材料車體的成功研發(fā)，不僅帶來(lái)車體減重、節(jié)能減排降耗、提高安全性、舒適性和使用壽命等，更重要的是探索了碳纖維復(fù)合材料在軌道交通大批量工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用的方向和實(shí)施路徑。

據(jù)了解，該車體采用薄壁筒形整體承載結(jié)構(gòu)，車體長(zhǎng)度為19000 毫米，車體寬度為2800毫米 ，車體頂面距軌面高度為3478毫米。性能精良，特點(diǎn)凸顯。

① 車體輕量化程度高。

這是初中生都能算明白的結(jié)論，鐵（Fe）原子量為56、鋁（AL）原子量為27、碳（C）的原子量?jī)H為12，材料密度變化劇烈。中車長(zhǎng)客生產(chǎn)的全復(fù)合材料地鐵車體充分發(fā)揮了碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越特點(diǎn)，可以用更輕的材料完成與金屬材料同等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整車較同類地鐵金屬車體減重約35%，從而對(duì)提高車體的運(yùn)載能力、降低能源消耗、降低全壽命周期成本、減少線路損害等具有重大意義。

② 突破多項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。

全復(fù)合材料地鐵車體突破了整體承載地鐵車輛復(fù)合材料車體設(shè)計(jì)分析技術(shù)、車體連接技術(shù)、復(fù)合材料低成本及大尺寸制件的成型制造技術(shù)及復(fù)合材料車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)行了10余種材料性能測(cè)試，6000多個(gè)元件、典型件、組合件、全尺寸試驗(yàn)件等積木式設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化論證，解決了復(fù)合材料應(yīng)用于軌道車輛承載結(jié)構(gòu)面臨的難點(diǎn)，車體最終性能優(yōu)異，滿足在極限惡劣工況和環(huán)境下的使用要求。

③ 安全性高，使用壽命長(zhǎng)。

中車長(zhǎng)客對(duì)車體的各項(xiàng)性能指標(biāo)也進(jìn)行了大量驗(yàn)證，經(jīng)仿真分析驗(yàn)證了車體疲勞強(qiáng)度方面的優(yōu)勢(shì)，使車體具有更高安全性和可靠性。車體的抗振動(dòng)能力也較同類金屬車體提高了18%以上,更有效的防止了車身與轉(zhuǎn)向架之間的共振。由于車體運(yùn)用的復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕性、耐酸性和耐堿性能，車體不需進(jìn)行特殊的防腐蝕處理即可在許多金屬通常會(huì)發(fā)生氧化、腐蝕的環(huán)境中長(zhǎng)期使用，使用壽命超過不銹鋼材料。

④ 乘坐舒適度好。

車體用復(fù)合材料的隔熱性能很強(qiáng)，導(dǎo)熱系數(shù)接近防寒材，全復(fù)合材料車體的隔熱性能近乎鋪設(shè)了防寒材的金屬車體；復(fù)合材料車體的隔聲性能同樣優(yōu)于金屬車體，大大降低了車體的振動(dòng)和噪聲，提高乘坐舒適度。

⑤ 尺寸精度高，外觀質(zhì)量好。

利用復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、可一體化成型的特點(diǎn)，全復(fù)合材料車體最大限度地實(shí)現(xiàn)部件整合、零件整合，通過模具一體成型。車體各模塊之間采用機(jī)械連接，消除了傳統(tǒng)金屬車體因焊接變形導(dǎo)致的尺寸偏差和形位偏差，提高了車體尺寸精度和外觀質(zhì)量。

⑥ 為國(guó)內(nèi)建立完整的軌道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。

新材料特別是碳纖維材料在軌道交通行業(yè)不僅缺乏應(yīng)用，更缺乏各類標(biāo)準(zhǔn)，此次車體研制結(jié)合國(guó)際航空領(lǐng)域在碳纖維的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造性地探索碳纖維在軌道交通行業(yè)應(yīng)用的材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工藝指南、質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)判定和維護(hù)策略等，為國(guó)內(nèi)建立完整的軌道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。

據(jù)悉，中車長(zhǎng)客始終致力于前沿技術(shù)的研究，不斷提升研發(fā)能力。全碳纖維復(fù)合材料車體研發(fā)和試驗(yàn)完全獨(dú)立自主完成，并且全部應(yīng)用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料，具有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為后續(xù)大批量生產(chǎn)應(yīng)用和可持續(xù)性提供了有力保障。

隨著我國(guó)軌道車輛裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，軌道車輛裝備制造技術(shù)也在逐步提升。碳纖維是國(guó)家戰(zhàn)略新興材料，由于新材料特性，國(guó)內(nèi)外在大工業(yè)領(lǐng)域包括航空航天等領(lǐng)域都在積極探索應(yīng)用，但在軌道交通行業(yè)的研究主要應(yīng)用在非主承力的小部件試制上。