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目录摘要.................................................................IABSTRACT...............................................错误!未定义书签。第1章前言.........................................................11.1复合材料的在世界铁路车辆上的应用..................................11.2复合材料的优势....................................................21.3铁路车辆复合材料主要种类..........................................3第2章复合材料在铁路车辆上的应用......................................52.1使用复合材料制造铁路车辆车体......................................52.2使用复合材料模制机头.............................................62.3使用复合材料制造车体内装及设备...................................62.3.1车门.........................................................62.3.2车窗及窗玻璃.................................................62.3.3座椅.........................................................72.3.4客车墙板、顶板、地板.........................................72.3.5其他设备.....................................................82.4复合材料制作转向架...............................................82.5复合材料制作闸瓦.................................................82.6复合材料制作受电弓滑板...........................................82.7复合材料制造齿轮箱...............................................9第3章复合材料在铁路车辆上发展趋势...................................103.1复合材料应用于铁路车辆所面临的问题..............................103.2复合材料在铁路车辆上应用发展方向................................10结束语..............................................................12致谢................................................................13参考文献...............................................错误!未定义书签。（论文）I摘要本文介绍了国内外复合材料在铁道车辆上应用情况。从非承力件到大型结构件均有成功应用，对于提高交通车辆的速度、运载效率和舒适安全性发挥了重要作用，充分说明复合材料在铁道车辆上的应用的广阔前景。关键词：复合材料应用前景（论文）1第1章前言复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、金属丝和硬质细粒等。1.1复合材料的在世界铁路车辆上的应用目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。而从应用上看，国外有人称复合材料为二十一世纪的材料，就很形象地体现了复合材料的重要性。目前，复合材料已在各领域得到广泛应用，特别在航天、航空、交通运输、基础建设中更是发挥了巨大的作用，成为这些领域产品性能提高和升级换代的关键材料。在高速轨道交通领域，复合材料正成为越来越重要的一类材料，除用作内部设备和装饰材料外，在承重结构上的应用也越来越广泛，用复合材料做成的构件，重量轻、强度高、刚性大，是一种理想的结构件。复合材料产品制造多数是成型件，制造出的产品，不需进行机械加工，生产效率高，制造成本低。复合材料在轨道交通车辆中广泛应用，对减轻车厢重量，降低噪、振动，提高安全性、舒适性，减少维修等均有重要作用。（论文）21.2复合材料的优势与传统的单一材料相比，复合材料具有一系列优异性能。1．良好的比强度和比模量：表1.1复合材料与金属材料力学性能对比材料密度（g/cm3）拉伸强度（GPa）比强度×107（mm）拉伸模量（GPa）比模量×109（mm）冲击强度（g.cm/cm2）碳纤维/环氧1.61.811.31288.0芳纶/环氧1.41.510.7805.776硼纤维/环氧2.11.67.622010.5200玻璃钢2.01.57.5402.5石墨纤维2.20.83.623110.5钢7.81.41.82102.7铝合金2.80.51.7772.8钛合金4.51.22.21102.4表1.1中对复合材料和金属材料的力学性能进行了对比，可见，复合材料比常用的轨道交通车辆材料——金属材料的比强度、比模量要高出1-5倍。2．良好的耐疲劳性能：金属材料疲劳强度只有其静态拉伸强度的30%~50%，而复合材料，特别是纤维增强复合材料，其疲劳强度是静态拉伸强度的70%~80%，甚至更高。并且由于复合材料对扩展裂纹的敏感度很低，即使出现损伤，应力也会被转移到邻近层，也不致很快出现早期破坏。因此可以用于铁路车辆的结构件，应用于高应力领域。3．良好的减震抗撞击性能：高的比模量使其具有良好的阻尼减震性能和较好的抗撞击能力。4．良好的耐腐蚀性能：复合材料，特别是聚合物复合材料，具有非常好的耐腐蚀性能，能在许多通常的金属都会发生氧化和腐蚀的环境中使用。5．良好的轻便性：（论文）3复合材料由于密度小，制成的部件质量可比相同的金属部件大大减轻，如用碳纤维与玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，与相同的钢片弹簧相比，其质量仅为后者的五分之一。6．良好的阻燃性能：复合材料具有优良的阻燃性能。例如酚醛树脂因其阻燃性能极其出色，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。7．良好的性能可设计性：复合材料具有各向异性特征，包括力学性能和电、磁、声、光、热性能，因此具有可设计性，可以根据实际的使用需要来设计材料的性能，制备出传统单一材料所不具备的性能。8．材料与构件或器件的一致性：复合材料与其构件可以利用固化、胶接等工艺，达到一次同时成型，这一特点使部件中的零件数目明显减少，避免了过多的连接件，简化了制造安装工序。9．低成本：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。由于采用模块化的设计技术及整体成型技术，大大减少了结构的复杂性、并缩短了生产实际及总装所需要的工作量，降低了总体成本：由于开发了新工艺，提高了复合材料制造的自动化、机械化水平，从而大大降低了复合材料制造成本。1.3铁路车辆复合材料主要种类铁路车辆常用复合材料主要包括以下几大类：1.热塑性树脂及其增强塑料：如聚氯乙烯、ABS类树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛等；2.高性能合成材料：如芳族聚酰胺纤维、碳纤维、硼纤维等；3.热固性树脂及其增强塑料：如酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯等；4.耐高温聚合物：如聚酰亚胺等；5.泡沫塑料：如聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩甲醛等；6.PPR（玻璃钢）；（论文）47.CFRP（碳纤维加强塑料）。（论文）5第2章复合材料在铁路车辆上的应用2.1使用复合材料制造铁路车辆车体目前，高速车辆的车体材料主要有不锈钢、高强度耐候钢和铝合金。近年来，特别是进入20世纪90年代，与车体等长的多品种大型中空挤压型材的出现，使铝合金成为生产高速列车的主导材料。铝合金车体的优势主要有：制造工艺简单，节省加工费用；减重效果好；有良好的运行品质；耐腐蚀，可降低维修费。为了进一步减轻重量，改善隔声性能，以及便于设计、制造，国外已开始尝试使用复合材料制造车体。欧洲和日本率先尝试使用纤维增强塑料夹层结构代替金属制造车体。纤维增强塑料具有质轻，强度高，疲劳强度高、裂纹扩展速率低，较好的结构阻尼性、隔热和耐蚀性能等优点。瑞士辛德勒公司采用丝缠绕技术成功地制造出玻璃纤维增强塑料(FRP)整体客车车厢，这种全FRP车厢被编在两节标准电车厢之间运行，在苏黎世、巴塞尔和赫尔辛基成功地进行了各种运行试验，运行速度达70km／h，行驶总里程超过4万公里。继之辛德勒公司又与SIG公司合作，成功进行了行驶速度达140km／h的运行试验。法国国营铁路公司﹙SNCF﹚则采用碳和玻璃纤维强化环氧树脂包裹发泡蜂窝材料，制造双层挂车，并进行了线路运行试验，取得了令人满意的试验结果。而韩国铁路研究所（KRRI）另辟蹊径，开发了一种新型混合复合材料车体：包括由蜂巢夹层结构制造的车身外壳，并且外壳是基于铝和织物纤维碳/环氧树脂制造而成，内部增强架构是由钢铁和由不锈钢制造的底架组合而成。据测试，车速可达到200公里/小时。从各国的试验情况来看，使用复合材料制造铁路车辆的车体成效是明显的：它比铝制或钢制车体的强度大，减重效果明显（一般在20%-30%之间），并且复合材料车体在振动性能、透声性能和绝热性能等方面也全面优于金属材料车体。（论文）62.2使用复合材料模制机头现代列车为了适应高速行驶中空气动力学的要求和人们的审美需要，使得车头设计为呈流线型，三维外形结构异常复杂。用金属制造难度大、费用高，而复合材料质量轻，耐冲击性能好的优点在车头制造上得以充分展现。1977年正式投入运营的英国InterCity125型机车前部外壳是最早采用复合材料制造的，它是由层压玻璃钢板包夹聚氨酯泡沫芯材制成的。预先采取措施将供空调及电气线路输送管道的安装空间留下，使整体布置十分合理。这种复合材料机头外壳比钢制品强度大，质量轻约30～35％，耐冲击强度很高，用一个0.9kg的方形钢块以350km／h的速度撞击也不会穿透。最近报道的意大利ETR500型高速列车，采用了一种新型复合材料（Kevlar芳香族聚酰胺纤维／环氧树脂），通过模压制成了一个完全符合空气动力学结构的鼻形车头，满足了列车300km／h运行速度的要求，经长时间测试，证明具有优异的抗冲击能力和很好的尺寸稳定性。2.3使用复合材料制造车体内装及设备2.3.1车门国外客车车门主要采用玻璃钢制作。如英国XP64型客车、MK111型客车均安装了聚酯玻璃钢门；法国的Mistra客车采用玻璃钢夹层模制整体车门；丹麦铁路新型电动车的车门为双扇车门，由玻璃钢、蜂窝夹层材料及铝框组成。2.3.2车窗及窗玻璃法国、英国及日本铁路客车上均采用了玻璃钢窗框