導讀：軌道交通基礎設施在我國的經濟發展和社會建設中貢獻了巨大的力量。同時軌道交通基礎設施也是我國交通運輸體系的重要構成，與我國的長期發展息息相關。隨著我國經濟的不斷飛躍式增長，人們的出行工具變得豐富多樣化。軌道交通的不斷建設與完善極大的方便了人們的出行。傳統的軌道交通主要以金屬材料為主，由于金屬材料密度高，因此車身總體的重量較重。在努力實現碳中和、碳達峰的今天，如何降低車身重量、提升列車的綜合性能成為困擾軌道交通列車生產廠家的問題。

由于碳纖維復合材料屬于輕量化的優良材料，其密度只有1.6g/cm，比鋼鐵等金屬材料低，同等規格質量也更輕。因此，近年來碳纖維復合材料已經廣泛用于我們的生活中，常見的應用領域包括航空航天、汽車制造、軌道列車、船舶橋梁等領域。碳纖維復合材料在軌道交通應用較晚，但是發展迅速，目前在司機室、頭罩、操控臺、內飾板、設備艙、導流罩等方面獲得應用。

碳纖維的市場情況

近年來，碳纖維市場規模一直保持增長趨勢。隨著風電、光伏等可再生能源裝機規模持續擴大，碳纖維市場需求隨之增長。數據顯示，2021年碳纖維產量達2.77萬噸，預計2022年我國碳纖維產能及產量可達2.77萬噸。
       長期以來，國內碳纖維市場中進口碳纖維的供給量遠超國產碳纖維。2020年以來受新冠疫情的影響，貿易整體受到較大沖擊，國外碳纖維出口國內的難度加大，國內碳纖維市場整體呈現供不應求的局面。
       近年來我國碳纖維需求量一直維持穩步上升趨勢，企業和投資機構也紛紛看好碳纖維行業的發展前景，各路資本的大量涌入，為碳纖維行業帶來了刺激效應，使其呈現出前所未有的新熱點和新動態，其并購需求和活躍度也十分明顯，碳纖維行業應用前景十分廣闊。

碳纖維復材在軌道交通的應用現狀

隨著交通運輸行業對載運工具的安全性、舒適性和綠色節能性提出新的需求，輕量化設計已成為軌道交通車輛的重要發展方向之一。傳統的列車車身整體大多采用金屬材質，包括耐候鋼或低合金鋼、高強度鋼、鋁合金、不銹鋼等。因此列車很重，對于能源的消耗巨大。由于金屬質量重，需要更多的動能來維持列車的運轉，同樣也不利于列車的提速。不論是加速還是制動減速，質量重都會對其造成影響。此外，金屬材質容易受到腐蝕，不論是酸性物質還是堿性物質都會對金屬產生影響。而且，金屬車身加工步驟也很復雜。

對于追求速度的現代化來說，這些缺點是難以接受的。因此可以尋求性能更加優異的材料來替代金屬材料。碳纖維復合材料成為理想的選擇，碳纖維材料有著較輕的重量，與金屬材料相比，相同情況下碳纖維的質量僅有金屬的五分之一。并且碳纖維復合材料有著耐腐蝕、耐高溫、質量輕等特點，可以為列車進行整體減重。由于碳纖維本身具備優異的性能，還可以很大程度上降低后期的維護費用。

由于碳纖維復合材料的這些特性，已經成為車體輕量化設計的選材料之一，應用碳纖維復合材料制造的車體具有質量輕、強度高、剛性大，在有效地降低車體質量的同時，也提高了車體運行的平穩性和安全性。此外，碳纖維復合材料在列車制造上的應用還能夠有效的降低列車運行過程中與運輸軌道接觸所產生的噪音，顯著強化了乘客的體驗感和舒適感。

目前，在軌道交通領域的主要應用包括車體外殼、車頭罩、轉向架、設備艙以及其它零部件的生產和設計。例如，中車四方股份公司研制的新一代碳纖維地鐵車輛“CETROVO”，車體、轉向架構架、司機室、設備艙及設備機體等均使用碳纖維復合材料制造，是大規模應用碳纖維復合材料的地鐵車輛，實現了碳纖維復合材料在車體、轉向架構架、司機室等車輛主承載結構上的全面應用。

碳纖維使車輛實現大幅“瘦身”。與采用鋼、鋁合金等傳統金屬材料相比，新一代碳纖維地鐵車輛的車體、司機室、設備艙分別減重30%以上，轉向架構架減重40%，整車減重13%。

軌道交通領域應用前景展望

      盡管軌道交通行業在利用先進復合材料進行輕量化研究方面做出了很大的努力，但是碳纖維等先進復合材料的應用與推廣，仍然受到了很大的限制。

碳纖維復合材料在軌道交通車輛應用對車輛的節約能耗以及性能優化有著很重要的作用，但是在推行過程中也存在一些難度。個是因為碳纖維材料制作成本難度大、成本高，與鋁合金金屬車體制作成本相比，碳纖維車體的制作成本是其兩倍。再者就是對大型車體的研發技術要求較高，由于碳纖維復合材料各向異性的特殊性，以及各個廠家材料牌號性能完全不同，這無形之中提高了專業技術與設計人員的要求。與此同時，碳纖維復合材料產品在生產制造工藝過程中，由于成型工藝的差別以及自動化程度的限制，產品的質量一致性、生產效率等也很難達到傳統金屬材料產品的實際制造要求。

因此，未來國內軌道交通行業如果真的能夠大規模的應用碳纖維復合材料，就一定要突破復合材料制品手工鋪貼等傳統低效工藝，重點發展自動化纏繞、編織、拉擠、模壓等可連續、快速生產的工藝，并通過大型設備智能檢測等途徑實現快速質檢，以滿足產品批量化制造的工業生產需求。

纖維復合材料已在航空、船舶、汽車、體育用品等領域實現成熟運用，技術基礎雄厚，在材料設計結構、制造工藝、服役性能及維護等多方面積累的豐富經驗，能夠為CFRP在高速列車領域的應用提供借鑒。

隨著復合材料低成本、自動化等工業批量化技術的快速發展及終端應用商認可度的不斷提升，復合材料將優先應用至軌道交通等高端裝備制造領域，以實現產品升級換代，在強力支撐高端裝備綜合技術水平的同時，切實推動碳纖維復合材料產業發展。根據高速鐵路發展規劃，預計到2025年高速列車總量達到3500組，將為碳纖維復合材料復材應用推廣提供難得的契機。預計至2028年，碳纖維復合材料份額將達到30%，據此測算軌道交通車輛產品對復合材料總需求約5000噸。同時，考慮城軌地鐵車輛工程應用范圍的持續拓展，預計碳纖維復合材料用量將再增加一倍以上。