碳纖維復合材料在高端醫(yī)療、汽車、航空航天等都有廣泛的應用，但是針對碳纖維在軌道交通領域的應用，卻知之甚少。這主要是由關鍵技術(shù)、研發(fā)水平以及使用成本等因素導致，但隨著研究的深入，國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的環(huán)境也在發(fā)生著翻天覆地的變化。當碳纖維復合材料與傳統(tǒng)金屬材料擁有相等的競爭力時，碳纖維復合材料在軌道交通領域?qū)l(fā)揮出更重要的作用。

在輕量化方面，軌道列車的能量消耗主要是用來克服運行的阻力，包括列車滾動的阻力、重力、加速阻力和空氣阻力等。以蘇州某鋁合金地鐵列車為例，一列車每公里能量消耗約為10KWh，運行150000km，大約消耗540000GJ能量，其中有25％的能量是用于克服車體重量，20％的能量用于克服車內(nèi)裝載的貨物重量，剩余的5％用于克服車體的承載結(jié)構(gòu)重量。

而碳纖維復合材料密度僅有1.7g/cm3，若車體采用不銹鋼增強骨架，側(cè)墻體和頂蓋采用鋁蜂窩夾芯，蒙皮采用碳纖維增強復合材料構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，這樣的車體外殼總質(zhì)量可比鋁合金結(jié)構(gòu)降低約30％以上，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，地鐵列車每減重30%，每公里能量消耗可以減少8100GJ。

當然，碳纖維復合材料在軌道交通方面的應用不僅僅限于它的輕量化，軌道車輛的制造過程中還需要考慮到車體的使用壽命、靜強度、剛度等技術(shù)要求。車輛設計使用壽命預計至少在30年以上，車體材料必須保證在30年的工作載荷中不得產(chǎn)生疲勞失效，并具有一定的拉伸載荷力以及極小的變形性。

例如軌道列車車體需滿足在AWO載荷工況（整備重量）時上撓度小于兩轉(zhuǎn)向架距離的1/1000mm，并保證在所有載荷下車門能正常工作；列車車體在承受各種較大垂直載荷的同時，沿車鉤安裝縱向水平方向施加1200KN的靜壓載荷，拉伸載荷800KN，車體應力不超過設計許用應力。除此之外，軌道車輛的制造材料還必須滿足隔聲、隔熱、防火安全、振動等要求。面對這些要求，碳纖維復合材料的應用表現(xiàn)都十分優(yōu)異。

目前，碳纖維復合材料在軌道交通方面也出現(xiàn)了很多成功案例。例如德國福伊特公司推出的碳纖維增強復合材料過渡車鉤，總質(zhì)量僅23kg，比鋼鐵過渡車鉤減重一半；日本鐵道綜合技術(shù)研究所與東日本客運鐵道公司聯(lián)合研制的CFRP高速列車車頂，使每節(jié)車廂減重300-500kg；國內(nèi)方面，已有部分企業(yè)開始在500km/h的高速試驗車上采用了碳纖維復合材料車頭罩。

那么現(xiàn)階段，碳纖維復合材料在軌道交通中的相關應用已經(jīng)成熟了嗎？對此，在碳纖維復合材料應用方面擁有豐富經(jīng)驗的蘇州挪恩復合材料研發(fā)部的陳工持反對意見。

陳工認為現(xiàn)階段碳纖維復合材料在軌道車輛中的應用還多以與金屬材料混合的形式為主，單純性的應用多集中在非承載、小型、局部性構(gòu)件上，整體的材料用量比例還很小，要想取得CFRP構(gòu)件的更廣泛的應用，除了盡可能地降低成本外，模塊化成型問題也很重要，因為，復合材料結(jié)構(gòu)上的性能很大程度上依賴于連接的方式，如果模塊過多，需要裝配連接的零件數(shù)量也越多，這會影響到車體對抗振動的能力。

可見，碳纖維復合材料應用于軌道交通的實際障礙還是技術(shù)，關鍵性的技術(shù)，不僅是設計技術(shù)、成型技術(shù)，還有整體裝配技術(shù)。