自主研发、世界领先！我国首批碳纤维重载铁路货车正式下线

2024年9月10日，由我国自主研发的首批碳纤维重载铁路货车，在黑龙江齐齐哈尔进行最后的调试工作，即将下线。据了解，传统铁路货车材质以钢材和铝合金为主，这次下线的铁路货车共有6辆，首次使用以碳纤维为主的新材料构成，具有自重降低、载重增加、容积增大等特性。

碳纤维：由丝束到板材的“神奇转变”

碳纤维被誉为“新材料之王”，其外形呈纤维状，柔软，可加工成各种织物，应用范围十分广泛。那么碳纤维到底经过了怎样的变化，才能够制备成为坚硬耐用的铁路货车板材呢？

科研人员告诉记者，由碳纤维作为原材料，制备成铁路货车的碳纤维复合板材，其中的关键环节之一，就是浸渍。科研人员通过对高分子树脂进行改性，使其机械性能和环境适应性获得显著提升。改性后的高分子树脂与碳纤维丝束通过浸渍工艺，形成碳纤维预浸料。

北京低碳清洁能源研究院先进材料研究中心副主任 董阳：现在我手里拿的这一块像布一样的材料，就是由一种特殊的树脂包裹后的碳纤维，经过铺贴和高温高压的固化，最后得到了这个板材，它的强度远远超过我们现在的金属材料。

记者又来到扫描电镜实验室，通过扫描电镜，对材料进行纳米尺度的拍照分析。

总台央视记者 古峻岭：这种碳纤维板材，实际上就是用这种碳纤维丝束制成的，由丝到板的过程中，有一个角色功不可没，那就是这种改良树脂。

屏幕上这些条状和点状的都是碳纤维丝。比如说这个点状的，每一个点都是一个碳纤维丝的横截面，它的直径只相当于一根头发丝的1/10。这些大片的空白区域，都填充了这种改性的树脂，它的黏稠度和它的流动性，直接决定了碳纤维板材的性能是否稳定。

通过扫描电镜拍摄的是碳纤维复合材料的微观结构，相当于给材料拍“X光”，在纳米尺度范围内，可以清晰看到头发丝1/1000尺度的大小，科研人员以此检查材料是否存在影响性能的“病灶”，为后续材料性能提升提供参考。

碳纤维板材的极限测试如何进行

为了测试碳纤维在铁路货车领域应用的安全性，记者与科研人员一起进行了一场碳纤维材料的“极限测试”。

总台央视记者 古峻岭：我手里这像头发丝一样的，就是碳纤维丝束。它可以代替钢铁等金属材质，来制造铁路货运列车的车体板材。究竟它有多厉害，让我们通过一组“极限测试”来感受一下。

喷枪火焰的温度，会达到1300摄氏度。

经过一段时间的燃烧之后，我们关掉喷枪，可以看到喷枪一挪开之后，碳纤维板的火焰立刻熄灭，说明它的阻燃性能还是非常好的。

这种碳纤维的铁路货车的车体板材，由于采用了特殊的结构设计，加上内部的填充物，使得它在水里也能够漂起来。

我们现在看到的这个容器，里面装的是液氮，它的温度是零下196摄氏度。任何东西放在这里边，一分钟就能把它冻透。现在把碳纤维板材从这个容器里拿出来，敲击一下试试，可以看到它的性状没有任何改变。

别小看这又轻又薄的一个板材，但是它的强度却是钢铁的5倍以上。可以看到经过重锤的暴击之后，它没有任何的变形和损伤。

在科研人员的帮助下，碳纤维复合材料车板通过了水、火、低温、强度等一系列测试，各项性能优良。

国家能源集团铁路装备公司科信部经理王文刚表示，此次下线重载铁路货车，其车体自重较同类型的铝合金或钢材材质的铁路货车降低了20%以上。针对铁路货车没有电源这一工作特点，还创新研制了能够实现自发电技术的车载智能监测系统，实现对车辆运行过程中关键核心参数的自主掌握，为我国轨道交通绿色低碳智能化发展提供先行经验。

据了解，首批碳纤维重载铁路货车将投入煤炭重载运输上。