以下是对轨道交通复合材料市场前景与经济性的分析。
碳纤维复合材料可应用于高速磁浮、高速动车组、城轨地铁、城际车辆、货 车、轨道承载梁等轨道交通领域的大部分主要、次要承载结构及内外装饰等非承 载结构,减重效果显著。仅从动车组和城轨车辆来看,根据市场预测,未来几年 中国年均动车组需求 200 列以上,城轨车辆 5000 辆以上,若实现 10%的碳纤维 复合材料替换率,预计年均轨道交通碳纤维复合材料需求量超过 2 万吨。
轨道交通车辆碳纤维复合材料部件的全寿命周期成本主要包括新造成本、运 营成本、检修维护成本。新造成本方面,目前碳纤维复合材料部件新造成本高于 传统金属结构,随着原材料价格的逐步降低及工艺技术的快速发展,碳纤维复合 材料应用成本不断下降,并且一体化成型可大幅降低焊接、铆接等工作量,在产品批量逐步增大的情况下,碳纤维复合材料部件的新造成本将降至与传统材料相 当的水平。运营成本方面,应用碳纤维复合材料可大幅降低全寿命周期运营能耗。 例如,中国标准动车组若实现 12%的碳纤维复合材料替换,每列可实现减重 13 吨,按照 30 年运营寿命测算,预计每列全寿命周期可节电 1600 万千瓦时,节省 电费约 1300 万元。检修维护成本方面,碳纤维复合材料具有高强度、高模量、 耐腐蚀、耐疲劳的优异特性,可大幅降低车辆部件及轨道的检修维护频次,可有 效降低用户的检修维护成本。
根据应用实践,轨道交通车辆采用中低强度等级碳纤维原材料,在相同强度 性能条件下,可实现 30%以上的减重效果,应用成本有望控制在 500 元/公斤以 内。以四方股份时速 350 公里标准动车组采用复合材料司机室、设备舱等部件进 行预测,重量降低 30%,新造成本约为原来的 140%,但全寿命周期节能及检修 维护等方面经济性明显,将抵消新造成本的增加。以设备舱为例,经预测