复合材料因为优异的设计性能及使用性能，应用领域越来越广阔，在高速动车组上的应用就是一例。 在第七届
玻璃钢及纤维
复合材料高新应用市场分析暨装备创新技术对接交流会上，中国北车集团长客股份
的李瑞淳教授详细介绍了复合材料在高速动车组上的应用。 一、高速动车组对复合材料的应用要求有哪些？ 1、复合材料可以制造具有特殊功能和复杂形状的重要零部件，适合做动车组有功能与结构强度要求的部件，还可以做承载部件； 2、复合材料代替消耗资源的木质件，如在CRH5型动车组中，可代替塑贴胶合板、高密度板等消耗资源的木制件； 3、复合材料作为轻量化材料应用，如在国产动车组上制造具有一定强度、刚度要求的车辆轻量化部件； 二、高速动车组对复合材料的基本要求有哪些？ 1、足够的强度与刚度：如拉压强度与刚度、弯曲强度与刚度、撕裂强度、扭转刚度、耐冲击强度和足够的表面硬度；能够承受一定的拉压载荷、弯曲载荷、扭转载荷、振动与冲击载荷、组合载荷工况、能够抗撕裂、抗剥离和表面抗划伤；因此，复合材料可以做成各种内装结构零部件部件、车内设备件、装饰件，也可做成流线型车头、车外各种罩板和设备舱底板。 2、复合材料的防火安全性：动车组对复合材料的防火性能有一定的标准，主要要求是难燃、阻燃（氧指数高），燃烧过程中低烟、无毒（低毒），无卤、非延燃性材料（离火自熄）或防火材料。 3、复合材料的环保性能：动车组对复合材料的环保性能也有一定要求，其中某些材料是禁止使用的：如4-硝基联苯、2-萘胺、对二氨基联苯、4-氨基联苯、石棉、CFC-氯氟碳、单甲基二溴二苯甲烷、单甲基二溴二苯甲烷、(Ugilec 121或21) 单甲基二氯二苯甲烷、(Ugilec 141) 单甲基四氯二苯甲烷、哈龙 - 全溴氟烃、壬基苯酚、壬酚乙基物、八溴二苯醚 (Octa-BDE)、PCP-五氯苯酚及其盐类和酯化物、PCT-多氯三联苯、五溴二苯醚 (Penta-BDE)、短链氯化石蜡 (SCCP)、短链氯化石蜡 (SCCP)、铅基油漆、高浓度卤素。 还有限用材料：如HCFC-氟氯烃、砷及其化合物、镉及其化合物、铅及其化合物、汞及其化合物、PBB -多溴联苯、PCB-多氯联苯、氟化温室气体、HFC (氢氟碳化物) 、PFC (全氟碳化物)、六氟化硫 (SF6)、甲醛、异氰酸盐类、挥发性有机化合物 (VOC)、甲苯、三氯苯 (TCB)、三氧化锑、铍及其化合物、六价铬化物、氯化钴、十溴二苯醚 (Deca-BDE)、人造矿物纤维 (MMMF)、中链氯化石蜡 (MCCP)、镍、四氯乙烯、邻苯二甲酸酯类：邻苯二甲酸丁苄酯 (BBP)、邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)、邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二异壬酯 (DINP)、邻苯二甲酸二异癸酯 (DIDP)、邻苯二甲酸二辛酯 (DNOP)、邻苯二甲酸二异丁酯 、邻苯二甲酸二甲酯、氯化钴、多环芳烃 (PAH)、聚氯乙烯 (PVC)、滑石 (Talcum)、福美双 (TMTD)、有机锡化合物、磷酸三苯脂 (TPP)、三(2, 3 -二溴丙基)磷酸酯、三吖啶基氧化磷。 4、复合材料的隔音减振与绝缘性能：复合材料要达到不共振、减振、隔振（到达一定振动衰减值）、不产生与少传递噪音的效果，还要有一定的热绝缘性和电绝缘性。如各种内装结构件：车内墙、顶板、地板、间壁、平顶板；车内设备件：整体卫生间、洗脸间、行李架、小茶桌。车下设备减振元件。各种衬板、垫板；车顶受电弓绝缘子等。 5、复合材料的耐久性和抗老化性：复合材料在一段足够长的周期内性能稳定，承载能力不下降、不变形、不蠕变、不褶皱、不开裂（或龟裂）、不腐蚀（不腐朽）、不褪色。如流线型车头、各种车外罩板、设备舱底板，转向架轴箱端盖等；内墙顶板、地板、间壁平顶板；行李架、小茶桌、吧台；空调风道；整体卫生间、整体洗脸间。 6、复合材料的可设计性和可成型性： 可设计性包括复杂形状、断面构件，代替金属铸件、铸-焊接组合件、压型-焊接组合件；表面纹理与美工色彩。 可成型性包括成型工艺简单，无
模具或少模具；造型、预埋、着色一次或连续完成，简化涂装工艺；达到预期的尺寸精度和外观质量分体制造、整体组装。 如流线型车头、前端开闭机构头罩、车顶导流罩、转向架轴箱端盖、内墙板、顶板、间壁行李架、空调风道、车内装饰件、整体卫生间、整体洗脸间。 7、复合材料的成本合理、具有可维修性：原材料价格合理（低廉）；模具简单、费用低；工艺简单加工费用低；效率高、成品率高；适应大批量生产，也可适应单件、小批量生产；适应现场调整与改制；可以修补，重新涂装。如流线型车头、前端开闭机构头罩、车顶导流罩、转向架轴箱盖、内墙板、顶板、间壁、行李架、空调风道、车内装饰件、整体卫生间、整体洗脸间。 三、复合材料在高速动车组中的应用 1、
玻璃钢在高速动车组中的应用 铁道车辆用用玻璃钢的种类有哪些？ (1) 刚性和半刚性的不饱和聚酯
树脂玻璃钢； (2) 酚醛树脂玻璃钢； (3) 强度较高的反应型阻燃不饱和聚酯树脂玻璃钢； (4) 强度略低的添加型阻燃不饱和聚酯树脂玻璃钢。 可以是手糊玻璃钢制件；模压玻璃钢制件；夹层结构玻璃钢制件。 玻璃钢在动车组上的应用始于上世纪80年代，首次应用于国产140km/h速度级电动车组。应用的范围主要包括：内侧墙板；内侧顶板；拼装式玻璃钢卫生间；所应用的玻璃钢的种类为不饱和聚酯树脂玻璃钢。 玻璃钢在高速动车组中的应用产品有：车顶导流罩、车顶新风道、车内各种造型复杂的零部件，包括： 三维曲面的内侧墙板和侧顶板、各种特殊形状的罩板、玻璃钢蜂窝间壁板、装饰件。 此阶段应用的玻璃钢的防火性能也有所提高，反应型和添加型阻燃不饱和聚酯树脂玻璃钢得到了大量应用，酚醛树脂玻璃钢的应用逐渐减少。该阶段玻璃钢应用的主要目标是制造有特殊功能或有复杂造型要求的零部件 模压玻璃钢（SMC）得到了广泛应用，采用模压玻璃钢批量制造高速动车组客室内侧墙板，具有以下优点：轻量化、零部件的尺寸精度高、适合工程化批量生产。 玻璃钢的外观质量更好，零部件形状与尺寸精度更高；与其他非金属材料组合成型。可以根据需要制成具有各种不同质感的零部件；表面颜色与花纹同时可调。 2、
碳纤维在高速动车组中的应用 国内的应用情况： 国内曾早期试制的动力集中型动车组样车中应用过碳纤维材料，制造的产品是流线型车头中的前端车钩头盖。曾经探讨过采用碳纤维材料制造承受较大载荷的高速动车组的车顶导流罩，受成本制约。 国外的应用情况： 根据非正式消息，国外正在研究应用碳纤维材料制造车体结构的承载构件，但还没有达到实用阶段，未有公开的成果性资料。 国外已经开发出动车组用碳纤维材料制造密接式车钩（钩头），正在开发出碳纤维材料制造动车组客室座椅骨架。 3、蜂窝夹层符合结构材料在高速动车组中的应用 蜂窝夹层结构复合材料作为重要的轻量化材料广泛应用于国外高速动车组，其用途相当广泛，如法国TGV
、意大利ETR系列等高速列车，技术十分成熟，经济效益令人满意。国内的CRH系列动车组和早期国产动车组样车均应用一定程度的蜂窝夹层结构复合材料，对蜂窝夹层结构复合材料的特性的认识和应用范围还有待于进一步加强与扩大。 当前，也有少量的金属蜂窝夹层结构复合材料应用于高速列车的承载构件，它在承载结构中主要钎焊和铆接两种连接方式。但至今未得到大范围的推广应用。 4、其它复合材料在高速动车组中的应用 在高速动车组中应用的符合材料远不止于玻璃钢、碳纤维、蜂窝夹层结构等材料。各种材料的应用的领域和范围既有差别，也有交集，有密切的联系和互补的关系。 四、复合材料在高速动车组中应用展望 1、 玻璃钢在高速动车组中的应用展望 玻璃钢的主要特点：密度小、比强度高：相对密度在1.6～2.1g/cm3之间，只有碳钢的1/4～1/5，拉伸强度却接近碳钢。 优良的电绝缘性：是仪表、电机及电器中常用的绝缘材料。 热绝缘性好：导热率低，室温下为1.25～1.67KJ/mhK，只有金属的1/100～1/1000，隔热性好，适应瞬时超高温情况，是理想的热防护材料。 优良的可设计性：按造型、壁厚（及均匀性）、电绝缘、热绝缘、预埋件等方面要求随意调整；易于改性，调整基体（树脂）、增强体（纤维、添加剂）。 工艺性优良：可根据需要灵活地选择成型工艺，工艺简单，可以一次成型，对形状复杂、不易成型、数量少的产品，工艺性优越。 良好的装饰性：纹理、花纹、颜色、色泽。 任何一种材料都只能按适应性和性价比在市场中占有一个合理的份额； 玻璃钢材料在现代铁道车辆上最大的应用空间还是制造内装结构和车内设备零部件，要重点解决的问题依然是质量提升、轻量化、防火性和环保性；在特定的应用工况下，作为形状复杂次重要的承载部件是玻璃钢在高速动车组上应用的扩展空间；按材料的特点，挖掘和充分发挥潜力，把握好适应性，是其寻求应用的方向，也是玻璃钢材料行业和高速动车组健康发展的必由之路。在不断提高性能的前提下还要降低成本，同时为玻璃钢材料行业和铁道行业共同带来效益，才有继续应用的基础。 2、 碳纤维在高速动车组中的应用 碳纤维材料的特性：碳纤维具有密度小、强度和刚度高、无蠕变、耐疲劳性和耐腐蚀性好等一系列优点；是承载能力最强的复合材料，也是当前唯一能够代替金属材料而成为结构材料使用的非金属复合材料。 碳纤维在某些性能指标上具有一定的优势；碳纤维还有不足，尤其是各向异性，且耐冲击性能差。 碳纤维在高速动车组中的应用展望 主要应用范围和目标：代替玻璃钢等非金属复合材料，制造承受一定载荷的零部件，代替部分金属材料制造承受一定载荷的构件。制造承受一定载荷部件或构件，如：高强度的流线型车头前端头盖；车顶导流罩；行李架骨架；座椅骨架等。制造次重要的承载荷部件或构件，如：动车组车体中次重要承载构件；转向架构架中的部分承载构件。最终的应用目标是作为铁道车辆轻量化材料结构材料应用。 3、蜂窝夹层符合结构材料在高速动车组中的应用 蜂窝夹层结构复合材料的基本特性和主要用途：重量轻，比强度高，抗弯刚度高，同重量下的抗弯刚度约为铝合金的5倍。有极高的表面平面度和高温稳定性，易成型且不易变形，不仅能制成平面板，也可以制造成双曲、单曲面板。优良的耐腐蚀性、绝缘性和环境适应性，适应各种恶劣的运用环境；表面可以采用喷漆或粘贴防火板进行处理，达到良好的装饰性。独特的回弹性，可吸收振动能量，具有良好的隔音降噪效果。防火等级高，满足国际联运防火标准UIC564-2中的A级要求。火灾后烟密度符合高等级的国际铁路防火标准，有良好的自熄性；放热值低，能够形成耐火层，能降低释放出的烟雾和有毒气体，环保性好。优异的成型制造工艺性，可以满足高速列车内装零部件形状复杂、稳定性要求高的要求。 蜂窝夹层结构材料在高速动车组中的应用展望 总体展望：蜂窝夹层结构复合材料是性能优良、最有潜力的动车组内装结构材料。 代替胶合板、发泡板、PVC板、玻璃钢等工程塑料材料：制造铁道车辆内装结构中的间壁、平顶板、客室弯曲顶板、地板、侧墙板、行李架；制造各种车门的门板、车内各种控制柜柜体、全封闭结构车体裙板的底板、车顶导流板、空调风道、拼装式整体卫生间等。 开发与创新：制造高速列车各种三维曲面结构的空气动力学导流罩板；制造承受一定载荷的高速列车车下设备舱裙板。 4、总体展望 玻璃钢、碳纤维和蜂窝夹层结构复合材料均是可以提高高速列车轻量化水平的工程材料，它们共同具有重量轻、比强度、比刚度高、减振性好等优点。 均在不同程度上呈现出各向异性，而且也都需要采用略为特殊的制造工艺才能实现在高速列车上的推广应用。 从短期的应用技术来看，三者皆有可能用于批量制造高速列车中承载能力较小的不太重要构件。 从长远发展的角度看，碳纤维和蜂窝夹层结构复合材料更有潜力成为应用于高速列车制造的工程结构材料。 不断开拓创新，探索先进的材料应用技术，在高速列车中大面积推广应用碳纤维和蜂窝夹层结构复合材料，实现轻量化水平的飞跃是未来高速列车结构材料的发展方向和趋势。 更多信息请关注中国复合材料信息网 http://www.cnfrp.net！
