古语云，知史以明鉴，查古以至今。如今飞铁已经提上日程，但是各位看官，对复合材料在轨道交通上的应用了解多少呢？在80年代前，复合材料主要用于航天，航空，先进武器系统等军事领域，随着轨道车辆综合性能的提高，复合材料才在轨道交通中广泛应用。首先我们来看看复合材料的优势1.质轻强度高用复合材料做成的构件，质量小、强度高、刚性大，是一种理想的结构材料。表1是复合材料与金属材料的力学性能比较。可见复合材料比一般的金属材料的比强度、比模量要高出1-5倍。2.可设计性强纤维复合材料的更显著特点是高比强度和高比刚度．并且它可以在一个很宽的范围内变化，因此复合材料可以通过材料选择、结构设计、铺层设计等方法解决各种技术难题。现在使用的纤维从弹性模量为7O GPa、强度为3 500 MPa的玻璃纤维到模量为600 GPa、强度为2 000 MPa的高模量碳纤，其性能范围很宽。根据已知的有关复合定律．通过选择材料，可以改变其能，因此每个结构件都可以根据要求找到一种更佳的铺层结构。3.安全性高(高疲劳强度和低缺口敏感度)其实在复合材料被用于轨道车辆的结构件之前，就曾被用于制造航天飞机、军用飞机、民用飞机中的结构件，应用于高反应力领域若有失效，很多是因为动态承载结构件超过了疲劳强度而致使其破坏。金属材料也面临同样的问题。金属材料的振动强度通常都比其静态强度小得多。而复合材料的这2个数值几乎没有什么区别。承受连续振动的金属结构件上有了缺口，很快就会导致裂纹扩展并出现早期破坏，而在复合材料中，力被转移到邻近层，因此缺口的影响大大降低。由于复合材料对扩展裂纹的敏感度很低。即使出现损伤，也不致被立即破坏。4.成本低(1)随着原材料的发展和工艺的进步，复合材料的成本正在逐步降低：(2)由于采用模块化设计及整体成型技术，大大降低了结构的复杂性，并减少了生产和总装所需要的工作量，降低了生产成本：(3)由于复合材料的耐疲劳、耐腐蚀等特性，降低了维护、修理成本：(4)由于减重，提高了运营能力，减少了能耗，寿命周期成本(LCC)得到了降低。复合材料的优势满满满，我们再来看看在高速轨道交通的应用领域，目前复合材料主要是用作车内装饰、车体设备等非结构零件材料。随着复合材料技术的进步，近年来也不断的用于车体等结构件上。1.车厢内饰件日本新干线的高速列车中，采用GFRP（玻璃纤维增强塑料）复合材料制作车窗内饰、洗漱间、厕所、小便池、集便箱、车头前端盖板，各层客车两端侧顶、兼做空调风道的天花板。餐车空调盖板的天花板等。为了减少受电弓周围的空气动力噪声，车顶安装的受电弓罩也采用的GFRP材料。E7系：是JR东日本与JR西日本共同拥有的新干线列车。JR东日本为E7系，JR西日本为W7系。设计时速为275km/h，运营时速为260km/h，2014年3月15日开始作为浅间号（あさま，Asama）在长野新干线上运行。2015年3月15日，W7系开始于北陆新干线上运行，执行北陆新干线延长段（长野-金泽段）的运行。2.车头前端部GFRP的一个典型应用是制造流线型车头外壳，如“欧洲之星 ;的车头部分。借助计算机辅助设计，可以得到非常精确的形状。意大利ETR500高速列车的车头前突部分采用芳纶纤维增强环氧树脂复合材料。用这种材料模压成型的车头符合空气动力学线型要求。具有优异的抗冲击能力。当列车以300km/h速度行驶时有很好的尺寸稳定性。TGV Eurostar（欧洲之星）：欧洲之星高速列车TGV Eurostar是欧洲首列国际列车。 每一列欧洲之星由20节车厢组成，列车长达400米，全世界这么长的列车还是真不多见。每一列欧洲之星两头各有一节动车，紧接着动车各有一节餐车和一节二等客车。欧洲之星特别的鼻状车头是根据海底隧道的空气动力特性设计，严格说来欧洲之星并非TGV，它其实是法国和英国高速列车技术的杂合混血儿，以便适应不同国家的铁路标准。3.车体轻量化车体结构的质量在整车中所占的比例较大，通常在15%-30%，要提高车辆的速度减小车辆的质量，就必须优先考虑车体结构的轻量化。过去人们习惯把铝合金作为车体轻量化的首选材料，但是由于车辆轻量化的要求越来越高，所以人们把目光转向复合材料。法国国家铁路公司（SNCF）对于未来的TGV高速列车，考虑到迫切需要进一步减小车体质量。双层TGV拖车采用复合材料，并进行线路运行试验，对其耐火性，抗冲击强度等进行了运行测试、证实了用复合材料的制造车体是可行的，其强度比铝制或钢制车体的大。预计用碳纤维复合材料制造的车体质量比铝制车减少25%，同时也证实了复合材料车体在抗争性能，透声性能和绝热性能方面的优点，提高乘车的舒适性。TGV Duplex：双层TGV，外观变化不大。4.转向架转向架由构架，驱动装置，轮轴，弹簧，制动装置及与车体链接的装置构成，是支撑车体的重要部件，是特别重要的高强度部件。因为关系到整个车辆的安全，转向架必须满足安全，运行舒适以及耐磨和易检修等要求。从环境方面还需要考虑到能耗要低，，质量要小，以及声学性能要好等要求。德国戴姆勒·奔驰集团的2家企业AEG和MBB与德国联邦铁路（DB）紧密合作，开发世界上优质台纤维复合材料的转向架。复合材料转向架通过静态模拟实验，耐久试验，运行试验以及商业检验，在运营了100多万公里后检测未发现任何损坏，磨损或撕裂。复合材料转向架与现用的转向架相比，质量大大减小，零件数减少，运行性能提高（主要是指舒适度和受力程度）声扩散小。降低了检修成本。5.轮心德国正在研究采勇复合材料制作轮心，可以减小质量2%以上，并具有降噪以及缓和车轮与钢轨间冲击的效果。看了这么对国外复合材料的应用，再来了解下国内的技术发展吧。国内的复合材料经过40多年的发展．无论在数量还是质量上都得到了长足的进步。在轨道交通领域的应用也逐年增长现阶段复合材料在客车上的应用有：整体卫生间、机车司机台、内墙板、通风管道等产品。但工艺较为落后。北京玻璃钢研究设计院(以下简称“北玻院 ;)从70年代就开始研究复合材料在交通运输领域的应用．在以下材料及成型技术上取得了进展并得到应用。01阻燃技术复合材料的阻燃技术主要包括材料技术和成型技术两个方面。根据阻燃等级和使用要求不同．分为结构型阻燃材料和添加型阻燃材料。(1)结构型阻燃材料酚醛树脂是典型的结构型阻燃树脂．其阻燃性能十分出色。在伦敦地铁火灾发生后．酚醛制品是唯一获得伦敦地铁和海峡隧道公司批准使用的复合材料．但其工艺性较差。在“八五 ;期间，北玻院承担了国家“八五 ;项目“酚醛SMC技术“，对酚醛结构和成型工艺进行了系统研究，并通过酚醛结构改性解决了酚醛复合材料制品性 能和工艺性问题。(2)添加型阻燃材料早期的聚酯复合材料是通过添加卤素来提高燃烧等级的。但是卤化树脂在燃烧时会产生烟雾和毒性很高的气体。烟雾会阻碍人们逃生，导致缺氧窒息或中毒而昏迷甚至死亡。20世纪90年代。北玻院通过添加新型阻燃剂和烟雾抑制剂解决了制品阻燃和烟雾问题，并在伊朗地铁支架制品中得到应用。地铁支架达到了德国设计标准。02表面技术20世纪90年代以来．北玻院在国家“九五 ;项目汽车复合材料制品 ;的支持下对RTM、BMC等复合材料制品的A级表面技术进行了研究． 取得了较大进展．解决了关键材料和工艺控制技术．目前已应用于车用部件的开发。03复合材料成型技术(1) 模压技术模压技术是将树脂和增强材料或经过预浸处理的增强纤维放人模具，加压成型。该过程需要合适的工模和模压机。由于是在压力作用下成型，并能精确地控制树脂／纤维的比例．制品具有尺寸精度高、强度大的优点。可用于制造高速列车的座椅构架、挡风板和车门等结构件。(2)缠绕技术纤维缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上．然后固化成型的一种工艺方法。这种工艺生产的制品比强度高．可设计性好．适于 稳定的工业化生产。辛德勒车辆公司应用该技术绕制了轻型承载结构车体。(3)拉挤技术拉挤工艺将预浸树脂后的纤维拉过加热的金属模具，使之固化成型。其特点是连续成型．效率高；通过更换模具可以制造各种截面的型材。日本采用该工艺生产GFRP曲面板，制造车体。(4)树脂传递模塑(RTM)技术RTM工艺将树脂注入封闭模腔，浸渍预铺覆的增 强材料，尔后固化成型。其特点是初始投资少、环境污染小、产品尺寸稳定性好、双面光洁．可以生产夹心结构的产品，适于中等批量的制品生产典型应用是采用该工艺制造高速车车头部件。(5)SCRIMP技术对机车车辆的内部设备、装饰材料及辅助设备用复合材料进行改造；同时进行高性能复合材料车体、转向架等承力结构的研究开发工作．力争早日使成熟的技术投入市场，赶上和超过围际水平：并开展高性能复合材料制作车轮、制动盘等承力结构的深入研究。复合材料大量应用于高速列车是高速列车技是发展的必然趋势，CFRP将作为21世纪车辆构架轻量化的主要材料，具有人体亲合性的天然纤维增强复合材料在高速列车上的应用也将越来越受到人们关注。更后我们看一些数据，了解下中国轨道交通的的发展前景。预计 2018 年动车招标在 400 列左右，同比增长~30%。1）经过我们自上而下的梳理， 2018年快速铁路网新增里程为 3,430 公里；2）考虑到快速铁路增长率低于客运量增长率以及与国外高铁动车组密度的差距，我们保守假设动车组密度在 2017 年的基础上提升 0.1 标列/百公里。由此得出 2018 年新增动车需求（标列）将在 400 列左右， 2019 年高景气度将延续达到 460 列左右的需求量。预计 2018 年机车招标达到 900 列，同比增长 26%。2017 年普通铁路仅竣工 756 公里，预计 2018 年和 2019 年竣工里程均在 3,000 公里以上，机车新增需求大幅增加，叠加机车 600 辆以上潜在更新替代量，我们认为 18 年机车招标有望达到 900 列。中国轨道交通是处于飞速发展的时代，不仅复合材料的技术使用越来越多，飞铁也提上日程，相信用不了多久，人人都能坐飞铁，千里姻缘，一线（铁）牵。