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      2020年產值破千億元!軌道交通用化工新材料了解一下!

      寧波塑料協會 發表于 2021/8/10 9:59:36

      隨著制動性能和受流性能的提高,對材料性能的要求也越來越高,尤其是針對輕量化、減振、降噪等性能與化工新材料密切相關。

      根據2020年12月22日國新辦發布的《中國交通的可持續發展》白皮書,截至2019年底,全國鐵路營業里程13.9萬公里,其中高鐵達到3.5萬公里。2020年全國鐵路新增運營里程超過4800公里,其中高鐵約2500公里。據相關信息披露,2020年軌道交通全產業鏈產值突破1100億元大關。

      軌道交通產業發展迅速,同時也帶動了我國軌道交通用的合成橡膠、特種彈性體、復合材料及特種工程塑料等化工新材料的快速增長。

      工程塑料

      尼龍材料PA66 

      以PA66作為基材樹脂,通過復合增韌體系對其進行增韌,使復合材料具有高韌性的同時具備較高強度,還可以有效解決機車抖動、噪音大等問題,確保軌距穩定,減少維修次數,并具有優良的抗振性,對保障高速鐵路機車的平穩運行至關重要。

      這種PA66復合材料在鐵路工務工程、鐵路車輛、鐵路電務系統中應用廣泛;例如軌道扣件系統、鐵路道岔、車輛的滾動軸承保持架、轉向架心盤磨耗盤、軌道絕緣器材、絕緣軌距桿。

      《尼龍工程塑料在高鐵中應用》中提到:

      目前我國鐵路規劃建設配套用尼龍工程塑料量為7噸/km以上,僅緊固件一項就要用到5000套/km。目前高性能尼龍制品所制備的鐵路扣件等產品成功應用于滬昆、成渝、漢孝、渝萬等高鐵線路,中南鐵路大通道、張唐線等重載線路,以及長沙地鐵。

      國外朗盛、杜邦、帝斯曼、羅地亞、巴斯夫等開發的軌道交通用尼龍材料均實現了工業化生產,典型材料牌號為B30S(朗盛)。此外國內的金發科技、株洲時代新材、南京聚隆、神馬華威等企業開已布局軌道交通扣件系統PA66市場。

      近期,株洲時代新材線路市場斬獲高鐵扣件系統非金屬部件億元級訂單,這也是該公司近年來線路市場單筆金額最大的訂單,為“十四五”高質量開局奠定了良好基礎。

      超高分子量聚乙烯

      超高分子量聚乙烯通過改性是橋梁支座中至關重要的滑動部件。

      21世紀初,德國毛勒公司將超高分子量聚乙烯改性,克服了傳統橋梁支座耐磨材料聚四氟乙烯存在的設計承載能力偏低、活載位移速率偏小等缺點,替代PTFE用于高速鐵路及磁懸浮列車的橋梁支座上。

      時代新材于2008年成功開發了客運專線橋梁支座專用改性超高分子量聚乙烯復合耐磨材料。目前該材料已廣泛應用于國內武廣、北滬、滬昆等高鐵線路。

      聚氨酯

      聚氨酯枕木

      為適應高速列車的提速要求,開發聚氨酯枕木以取代或部分取代混凝土枕木被認為是未來的發展趨勢。

      在西歐,該技術已有較成熟的研制和應用經驗;在日本,聚氨酯枕木已在高速列車新干線軌道上得到應用。與其他材料相比,聚氨酯枕木具有卓越的耐久性并可降低周期成本。

      材料供應商:南京聚隆、華東理工大學華昌聚合物、廣州秀珀化工、株洲時代新材料、煙臺萬華聚氨酯、德國巴斯夫等。

      聚氨酯膠黏劑

      膠粘劑在軌道交通中的應用分為道路用膠和車身用膠。道路用膠主要用于無砟道路基凸型擋臺的灌封粘接、路基伸縮縫的密封、無縫路軌連接處的粘接加強。

      車身用膠主要包括玻璃粘接、地板粘接等。其中,專門用于鋪設高速鐵路無砟軌道的聚氨酯膠粘劑,是高鐵建設不可或缺的核心材料。

      材料供應商:高盟新材、廣東國望、中山康和、上海烈銀、哈斯公司、美國富樂、美國3M、德國漢高、德國巴斯夫等。

      聚氨酯涂料

      聚氨酯涂料原材料具有更好的耐候性、耐化學性、耐磨性,為車體外層提供理想的保護。在多變的環境中可以保持列車表面的完整,并更具抵御飛石撞擊帶來的車表損傷。

      科思創開發的聚氨酯涂料此前已在京張高鐵智能列車設計方案中藍白漸變外觀的“瑞雪迎春號”列車車身上得到應用。

      復合材料

      復合材料在列車上的應用,按承力特征大致可分為兩類:復合材料非主承力件和復合材料主承力件。其中,復合材料非主承力件又可分為主承力件(如車身、地板和座椅等非主承力件)和輔助件(洗漱間、廁所和水箱等輔助構件)。

      復合材料主承力件主要是指列車車體、司機室和轉向架構架等列車的大型承力構件,它是復合材料取代傳統材料,實現車輛輕量化的關鍵。

      目前實現成功應用案例的復合材料有纖維增強塑料(FRP)、Tedlar聚氟乙烯、芳綸纖維增強復合材料、Kevlar纖維-環氧樹脂以及碳纖維增強塑料(CFRP)等。

      近10年,碳纖維復合材料開始少量應用于軌道交通車輛部件,并取得預期的減重、加速效果。但是由于碳纖維在軌道交通領域應用受制于成本因素,未形成批量應用。

      國內碳纖維復合材料在軌道交通車輛內飾等非承力件上有應用,但在主承力件上的應用還處于研究中。以四方股份為代表的軌道車輛主機廠研制的全碳纖維復合材料主要是以國外設計技術和原材料為主。

      合成橡膠

      橡膠因其良好的彈性、優良的抗疲勞特性和功能可設計性,被廣泛應用于軌道交通減隔(震)振領域,為高鐵的平穩運行發揮了關鍵作用。

      目前減震領域對合成橡膠的需求持續增加,相比天然橡膠其在軌道交通領域的性能優勢體現在來源穩定、功能性強、類型豐富、質輕特性等方面。

      橡膠在軌道交通領域的應用分為車、線、橋三大系統,主要產品包括轉向架系統橡膠元件、車體內飾及密封件、軌道扣件系統橡膠墊板、橋梁線路減振元件、其他彈性體制品。

      未來展望

      目前我國正處在軌道交通發展的繁榮時期,高速鐵路運營總里程超過世界50%以上,未來10年的建設計劃占世界總計劃的60%以上。

      隨著我國城市輕軌、地鐵、城際鐵路向高速化、安全化、輕量化的方向發展以及鐵路系統制件的更換和更新改造,塑料、橡膠方面,研發環保低毒、阻燃、可回收利用、長壽命的材料及制品,功能化需求越來越高,碳纖維復合材料、超高分子量聚乙烯等化工新材料的國產化任重道遠。

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