『分析』碳纤维复合材料应用于高铁要点分析

摘要

本文讨论了碳纤维复合材料在轨道交通车辆领域应用的关键问题，特别是防火性能的重要性。文章提到600公里时速磁悬浮列车通过评审和青岛至杭州高铁火灾事件，引发对安全性的关注。碳纤维复合材料应用需满足阻燃性、烟密度、熔滴性和烟毒性等要求。江苏恒神作为样板，已研发出符合阻燃标准的树脂和预浸料，并紧跟时代步伐提高阻燃性能。未来碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用前景广阔，需重视并加快研发适合其特点的树脂和预浸料体系。

正文

文/苏格拉伟

这两天两件新闻刷遍了我的朋友圈，其中一个是600公里时速磁悬浮列车通过技术方案评审，另一个是青岛发往杭州的高铁G281发生火灾，引发了人们对轨道交通车辆安全性的反思。今天就聊一聊碳纤维复合材料在轨道交通车辆领域应用的关键问题。

首先，碳纤维若要应用在轨道交通车辆上，除了满足强度、刚度、减重方面的要求，安全性是一个绕不开的话题。自从7.23甬温线特大事故之后，中国高铁其实已经经不起安全事故的发生，因为这不但会影响国人的信心，也影响高铁走出去的大局。

安全性的核心在于防火，高铁车厢是一个密闭的空间，如果发生火灾，乘客无法躲避。如果阻燃性做的太差，发生安全事故绝对是大概率，毕竟谁也不愿意坐在易燃易爆品上旅行。

防火的要求

碳纤维复合材料应用于轨道交通领域，防火是关键点。所谓的防火，要涉及四个方面的内容，阻燃性、烟密度、熔滴性、烟毒性。

阻燃性

首先阻燃性，指材料具有明显推迟火焰蔓延的性质。也就是火焰烧到到复合材料部件上，无法继续向前蔓延。通常用产品燃烧破坏长度或者燃烧熄灭时间来判断阻燃性的好坏。例如德国铁路车辆防火标准D5510-2对阻燃性分为 S2-S5（S2/S3/S4/S5）四个等级，分别要求：

• DIN5510-2 S2级要求：产品燃烧破坏长度不超过30cm。

• DIN5510-2 S3级要求：产品燃烧破坏长度不超过25cm且后燃烧时间不超过100s。

• DIN5510-2 S4级要求：产品燃烧破坏长度不超过20cm且后燃烧时间不超过10s。

• DIN5510-2 S5级要求：产品燃烧破坏长度：无且后燃烧时间：无。

烟密度

其次是烟密度，也就是火焰蔓延到复合材料部件上，发出的烟的多少。一般来讲，发烟越少，对人体危害越小。测试烟密度，主要利用光线通过烟雾衰减多少来评判。光线衰减越大，烟密度越大，光线衰减越小，烟密度越小。D5510-2将烟密度分为3个等级，未达到SR1，SR1，SR2，分别要求：

熔滴性

关于熔滴性，很容易理解。比如烧塑料制品，会发现塑料被烧成液滴，并伴随着火苗滴落下来。熔滴性差的复合材料制品，会造成火焰蔓延的不可控。所以，对熔滴性的评判，只有两个标准，产生熔滴和不产生熔滴现象。D5510-2标准将熔滴性分为2个档次，具体要求如下：

烟毒性

地铁/高铁等车辆的火灾的伤亡中，浓烟引起的窒息死亡远远大于火灾本身造成的死亡，因此对地铁/高铁等材料的烟雾毒性的测试十分必要。D5510-2标准设置毒性指数FED指标来评判烟毒性，通常要求烟毒性指数FED≤1。

国内的样板

说起碳纤维复合材料在轨道交通领域的应用，江苏恒神可以说是绝对绕不开的样板。

早在几年前，恒神就与中车青岛四方公司合作开发了高速列车裙板，设备舱以及500公里时速高铁的头罩。目前这些部件已经跟随试验列车在线路上进行试验，具有很好的推广价值。

做了这么多高铁项目。恒神顺其自然的开发出了多种符合阻燃标准的树脂和预浸料。2015年成功研发了EV101、EM116无卤阻燃预浸料树脂体系，其阻燃能力达到了德国标准DIN5510中的S4等级要求，且通过SGS阻燃测试。

另外根据全碳车体的制造要求，恒神研制出了满足导入成型工艺的阻燃树脂EL305，以及用于拉挤成型的阻燃环氧树脂体系EH802。

除此之外，针对航空部件的要求，开发出了满足适航认证25部要求的酚醛树脂预浸料。近年欧盟提出了更为严格的阻燃标准EN45545，该标准对火焰传播、热释放、烟密度以及烟毒性提出了更为严格的要求。根据国内各大主机厂提供的信息，未来复合材料在下一代轨道交通车辆上应用将必须满足EN45545阻燃测试。

恒神紧跟时代的步伐，一直致力于提高复合材料的阻燃性能，在研制满足EN45545标准的材料方面率先迈出了重要的一步。目前，已成功研制出了满足EN45545中HL2级别R1等级的阻燃预浸料EM119，可应用于OoA、模压、热压罐等成型工艺。

未来600公里时速的磁悬浮列车的研发，贴地飞行对车辆减重提出了更高的要求，所以碳纤维复合材料替换铝合金是大势所趋。针对轨道交通开发出适合其特点的树脂以及预浸料体系，显得尤为重要。未来谁能率先做出布局，谁就能在轨道交通领域占据一席之地。

恒神已经先行一步，谁会重视起来，快步跟上呢？