今天（9月10日），由我國(guó)自主研發(fā)的首批碳纖維重載鐵路貨車，在黑龍江齊齊哈爾進(jìn)行最后的調(diào)試工作，即將下線。

據(jù)了解，傳統(tǒng)鐵路貨車材質(zhì)以鋼材和鋁合金為主，這次下線的鐵路貨車首次使用以碳纖維為主的新材料構(gòu)成，具有自重降低、載重增加、容積增大等特性。

碳纖維：由絲束到板材的“神奇轉(zhuǎn)變”

碳纖維被譽(yù)為“新材料之王”，其外形呈纖維狀，柔軟，可加工成各種織物，應(yīng)用范圍十分廣泛。那么碳纖維到底經(jīng)過(guò)了怎樣的變化，才能夠制備成為堅(jiān)硬耐用的鐵路貨車板材呢？

科研人員告訴記者，由碳纖維作為原材料，制備成鐵路貨車的碳纖維復(fù)合板材，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，就是浸漬。科研人員通過(guò)對(duì)高分子樹(shù)脂進(jìn)行改性，使其機(jī)械性能和環(huán)境適應(yīng)性獲得顯著提升。改性后的高分子樹(shù)脂與碳纖維絲束通過(guò)浸漬工藝，形成碳纖維預(yù)浸料。

北京低碳清潔能源研究院先進(jìn)材料研究中心副主任 董陽(yáng)：現(xiàn)在我手里拿的這一塊像布一樣的材料，就是由一種特殊的樹(shù)脂包裹后的碳纖維，經(jīng)過(guò)鋪貼和高溫高壓的固化，最后得到了這個(gè)板材，它的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們現(xiàn)在的金屬材料。

記者又來(lái)到掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)掃描電鏡，對(duì)材料進(jìn)行納米尺度的拍照分析。

總臺(tái)央視記者 古峻嶺：這種碳纖維板材，實(shí)際上就是用這種碳纖維絲束制成的，由絲到板的過(guò)程中，有一個(gè)角色功不可沒(méi)，那就是這種改良樹(shù)脂。

屏幕上這些條狀和點(diǎn)狀的都是碳纖維絲。比如說(shuō)這個(gè)點(diǎn)狀的，每一個(gè)點(diǎn)都是一個(gè)碳纖維絲的橫截面，它的直徑只相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/10。這些大片的空白區(qū)域，都填充了這種改性的樹(shù)脂，它的黏稠度和它的流動(dòng)性，直接決定了碳纖維板材的性能是否穩(wěn)定。

通過(guò)掃描電鏡拍攝的是碳纖維復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于給材料拍“X光”，在納米尺度范圍內(nèi)，可以清晰看到頭發(fā)絲1/1000尺度的大小，科研人員以此檢查材料是否存在影響性能的“病灶”，為后續(xù)材料性能提升提供參考。

碳纖維板材的極限測(cè)試如何進(jìn)行

為了測(cè)試碳纖維在鐵路貨車領(lǐng)域應(yīng)用的安全性，記者與科研人員一起進(jìn)行了一場(chǎng)碳纖維材料的“極限測(cè)試”。

總臺(tái)央視記者 古峻嶺：我手里這像頭發(fā)絲一樣的，就是碳纖維絲束。它可以代替鋼鐵等金屬材質(zhì)，來(lái)制造鐵路貨運(yùn)列車的車體板材。究竟它有多厲害，讓我們通過(guò)一組“極限測(cè)試”來(lái)感受一下。

噴槍火焰的溫度，會(huì)達(dá)到1300攝氏度。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的燃燒之后，我們關(guān)掉噴槍，可以看到噴槍一挪開(kāi)之后，碳纖維板的火焰立刻熄滅，說(shuō)明它的阻燃性能還是非常好的。

這種碳纖維的鐵路貨車的車體板材，由于采用了特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加上內(nèi)部的填充物，使得它在水里也能夠漂起來(lái)。

我們現(xiàn)在看到的這個(gè)容器，里面裝的是液氮，它的溫度是零下196攝氏度。任何東西放在這里邊，一分鐘就能把它凍透。現(xiàn)在把碳纖維板材從這個(gè)容器里拿出來(lái)，敲擊一下試試，可以看到它的性狀沒(méi)有任何改變。

別小看這又輕又薄的一個(gè)板材，但是它的強(qiáng)度卻是鋼鐵的5倍以上。可以看到經(jīng)過(guò)重錘的暴擊之后，它沒(méi)有任何的變形和損傷。

在科研人員的幫助下，碳纖維復(fù)合材料車板通過(guò)了水、火、低溫、強(qiáng)度等一系列測(cè)試，各項(xiàng)性能優(yōu)良。

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