9月10日，由我国自主研发的首批碳纤维重载铁路货车，在黑龙江齐齐哈尔正进行最后的调试工作，即将下线。据了解，传统铁路货车材质以钢材和铝合金为主，这次下线的铁路货车首次使用以碳纤维为主的新材料构成，具有自重降低、载重增加、容积增大等特性。
碳纤维：由丝束到板材的“神奇转变”
碳纤维被誉为“新材料之王”，其外形呈纤维状，柔软，可加工成各种织物，应用范围十分广泛。碳纤维到底经过了怎样的变化，才能够制备成为坚硬耐用的铁路货车板材？
科研人员介绍，由碳纤维作为原材料，制备成铁路货车的碳纤维复合板材，这其中的关键环节之一就是浸渍。
科研人员通过对高分子树脂进行改性，使其机械性能和环境适应性获得显著提升。改性后的高分子树脂与碳纤维丝束通过浸渍工艺，形成碳纤维预浸料。
在扫描电镜实验室，通过扫描电镜对材料进行纳米尺度的拍照分析。
这种碳纤维板材就是用这种碳纤维丝束制成的，由丝到板的过程中，有一个角色功不可没，那就是改良树脂。屏幕上这些条状和点状的都是碳纤维丝，比如这个点状的，每一个点都是一个碳纤维丝的横截面，它的直径只相当于一根头发丝的1/10。这些大片的空白的区域都是填充了这种改性的树脂，粘稠度和流动性直接决定了碳纤维板材的性能是否稳定。
通过扫描电镜拍摄的是碳纤维复合材料的微观结构，相当于给材料拍“X光”。在纳米尺度范围内，可以清晰看到头发丝1/1000尺度的大小，科研人员以此检查材料是否存在影响性能的“病灶”，为后续材料性能提升提供参考。
碳纤维板材的极限测试如何进行
为了测试碳纤维在铁路货车领域应用的安全性，记者与科研人员一起进行了一场碳纤维材料的“极限测试”。
这个像头发丝一样的就是碳纤维丝束。它可以代替钢铁等金属材质，来制造铁路货运列车的车体板材。它究竟有多厉害，通过一组“极限测试”来感受一下。
这个喷火测试环节需要专业人员协助完成，喷枪火焰的温度会达到1300摄氏度。经过一段时间的燃烧之后关掉喷枪，可以看到喷枪挪开之后，碳纤维板的火焰立刻熄灭，说明它的阻燃性能非常好。
这种碳纤维的铁路货车的车体板材，由于采用了特殊的结构设计，加上内部的填充物，使得它在水里也能够漂起来。
这个容器里面装的是液氮，温度是零下196摄氏度。任何东西放在这里边，一分钟就能把它冻透。现在把这个碳纤维板材拿出来，敲击一下可以看到它的性状没有任何改变。
别小看这又轻又薄的一个板材，但是它的强度却是钢铁的5倍以上，经过重锤的暴击之后它没有任何的变形和损伤。
在科研人员的帮助下，碳纤维复合材料车板通过了水、火、低温、强度等一系列测试，各项性能优良。
转自：央视网
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