中国轨道交通行业复合材料现状与未来

一、行业现状

目前，我国交通建设多数仍采用常规的钢筋混凝土与钢材作为主要的建设材料，这种工程材料随着使用时间的不断延长，各种老化破损问题相继出现，且存在资源浪费大、耐久性差等问题。为了适应当前交通建设领域的需要，有必要开发使用更加新型环保的建设材料，其中纤维复合材料正在凭借着其优越的性能越来越受到人们的青睐，并在航空航天、汽车制造、工业生产中已被广泛应用。

图1未来轨道交通概念图

二、技术发展趋势

从技术层面看，针对未来轨道交通发展的不同需求，纤维材料技术应顺应国家发展战略进行布局：

一是基于本构安全、主被动防护、灾害预警的高安全需求，研发了基于本征阻燃、可降解、低 VOC 的阻燃聚酰亚胺、阻燃 lyocell 纤维、芳纶纤维等，实现了内饰用材料的高阻燃性 ；研发了活性碳纤维滤材、熔喷非织造布纤维素过滤防护膜等，实现了基于纳米功能材料的空气净化。

二是基于综合舒适性、人因工程、振动噪声优化、智慧出行的高品质需求，研发了轻量化复材增韧纤维材料，可实现减震消音、隔热保温等功能。

三是基于高速磁浮、互联互通列车、低阻高速载运的高效率需求，开发了碳纤维预浸料、复合材料板材、片材、工业零部件、轨道交通及汽车轻量化壳体及零部件、无人机壳体、机翼等，广泛应用于工业、航空航天、轨道交通等领域。

四是基于智能驾驶、智能制造、智能运维的高智能需求，利用大数据、区块链技术手段，搭建全生命周期的纤维材料应用，用互联网数据平台，可实现材料可追溯的可信数字化。

五是基于新能源动力、材料回收、低碳低排放的需求，着眼于绿色环保，研发了基于可循环再生材料、可降解材料的内饰设计。

对于上述发展热点，我国已纠集相关行业科研团队进行攻关并取得一定成果。对于未来轨道交通装备的更高阻燃环保要求，我国正研发长效环保阻燃纤维，作为阻燃纤维材料迭代更新的新技术，从功能母粒添加改性角度进行阻燃改性，可适应于品类丰富的化纤产品，为未来阻燃体系的探索和发现提供了新路径。在比强度和比刚度方面，碳纤维是当前最优异的高性能纤维材料之一，其在轨道交通装备中已有较大应用。青岛大学科研团队通过在碳纤维表面进行改性研究，研发出了高效、便捷、低成本的碳纤维复合材料摩擦材料。四川大学科研团队了高性能聚酰胺树脂的设计与开发。其团队研发了耐高温半芳香尼龙（PA6T）及其产业化技术，该产品的热变形温度超过 280℃，具有极佳的熔体加工流动性，可以满足电子电气元件向耐热、薄壁、精密注塑等高性能化发展。此外，还研发了高性能半芳族聚酰胺热塑性弹性体 TPA 和半芳族聚酰胺，在汽车等领域有较好应用。

在轨道交通装备上，包括司机室内饰、司控台、头罩、客室座椅面、侧墙板、顶板、门立柱罩等非承载结构中，很多都用到了高性能纤维基复合材料，在大功率电机、变压器、电气设备中的关键绝缘材料上，都应用了高性能绝缘纸。综合材料优异性能、成本等众多因素，武汉纺织大学科研团队研发出了高强高模的聚苯硫醚、液晶聚芳酯纤维，并推广应用到轨道交通装备中。

图2 复合材料轻量阻燃等特性的应用场景

三、市场现状

从市场层面看，轨道交通装备是我国在高端制造领域的重要组成部分，也是自主创新的主要阵地，从细分市场结构来看，我国轨道交通装备行业可分成铁路交通装备和城轨交通装备。据机构统计数据显示，2023年我国轨道交通装备行业市场规模将达9928亿元。

图3近5年中国轨道交通装备市场规模

                                           数据来源：中商产业研究院

从细分市场结构来看，我国轨道交通装备行业可分成铁路交通装备和城轨交通装备。数据显示，铁路交通装备占比最大，占据了轨道交通装备市场的46%，城轨交通装备占比为16%。

图4 中国轨道交通装备行业细分市场结构统计

                                       数据来源：中商产业研究院

四、总结与展望

当前，中国轨道交通建设主要依赖于传统的钢筋混凝土和钢材。随着使用时间的延长，这些材料的老化和损坏问题逐渐显现，同时也存在资源浪费和耐久性差的问题。为应对这些挑战，纤维复合材料因其优异性能而日益受到关注，并已在航空、汽车制造等领域得到广泛应用。

技术发展方面，纤维材料技术正根据国家发展战略进行布局，主要聚焦在以下几个方面：提高安全性、改善舒适性、提升效率、智能化发展以及环保和可持续性。例如，研发了高阻燃性的内饰用材料、基于纳米功能材料的空气净化材料、轻量化复合材料增韧纤维材料等，这些新材料不仅满足了高安全、高品质的需求，还适应了高速磁浮和智能驾驶等高效率需求。此外，也在绿色环保方面取得了进展，比如可循环再生材料和可降解材料的内饰设计。

针对未来的发展，中国正积极研发新技术，如长效环保阻燃纤维、高效碳纤维复合材料等，这些都是为了应对未来轨道交通装备更高的阻燃环保要求。同时，科研团队还在探索比强度和比刚度更优异的材料，如经过改性的碳纤维，以及高性能聚酰胺树脂等。

总之，中国轨道交通行业的复合材料领域正面临着诸多挑战与机遇。未来，随着新材料技术的发展和应用，预期会实现轨道交通的更高安全性、舒适性和效率，同时也将更加注重环保和可持续发展。

参考文献：

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