根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理數(shù)據(jù)顯示，2018-2020年我國鐵路投產(chǎn)新線預(yù)計達 2.4萬公里贯涎，年均投產(chǎn) 8000公里听哭。2016年 7 月由國家發(fā)展改革委、交通運輸部塘雳、鐵路總公司聯(lián)合編制的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》發(fā)布陆盘，按照《規(guī)劃》，至 2020年败明，一批重大標志性項目建成投產(chǎn)隘马，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達15萬公里，其中高速鐵路3萬公里妻顶；到 2025年酸员，鐵路網(wǎng)規(guī)模將達 17.5萬公里左右，其中高速鐵路 3.8 萬公里左右讳嘱。此外幔嗦，城軌建設(shè)也進入快車道，據(jù)統(tǒng)計沥潭，截至2016年末邀泉，我國開通城市軌道交通運營線路的城市達到30個，運營里程達4152.8公里。
在我國軌道交通高速發(fā)展的同時汇恤，軌道交通對新材料的需求量也快速增加庞钢，同時對材料的安全性與功能性也提出了更高要求。高分子材料在軌道交通中發(fā)揮著重要作用屁置，從路基建設(shè)到車輛內(nèi)外飾焊夸、再到結(jié)構(gòu)承力件等部件上的應(yīng)用，材料優(yōu)良的性能賦予制品出色的特性蓝角。
一阱穗、高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的優(yōu)勢介紹及應(yīng)用分類
1. 高分子材料優(yōu)勢介紹
在新的發(fā)展時期，綠色使鹅、環(huán)保揪阶、智能、可持續(xù)等理念使公眾對軌道交通安全患朱、舒適鲁僚、環(huán)保和可靠的期望不斷提高。金屬材料制造的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)車體在高原裁厅、沙漠冰沙、高溫、高寒和高海拔等復(fù)雜多變的服役環(huán)境中面臨諸多性能挑戰(zhàn)执虹。例如拓挥，碳鋼車體的易腐蝕、不利于輕量化袋励、焊接變形大等問題侥啤；不銹鋼車體的封閉性、局部屈曲茬故、焊接變形等問題盖灸。因此，必須持續(xù)吸收和利用包括材料在內(nèi)的高新科技成果磺芭，不斷提高軌道交通工程建設(shè)和運營水平赁炎。
材料的多元化則是實現(xiàn)軌道交通性能平衡（強度、振動钾腺、噪聲甘邀、隔熱、輻射）的主要途徑[1]垮庐。相較于傳統(tǒng)金屬材料，高分子材料不僅更為輕質(zhì)坞琴，其還具有優(yōu)異的耐腐蝕性哨查、耐候性、高韌性剧辐、抗振性寒亥、電絕緣性能以及較高的彈性和良好的消聲效果邮府。此外，可設(shè)計性強使其能更好地提高部件一體化程度溉奕，減少零件數(shù)量褂傀，縮短制造周期，降低維修成本加勤。尤其是其輕質(zhì)特性仙辟，可降低列車運行的能量損耗，對節(jié)能鳄梅、環(huán)保及減少列車磨損等意義重大叠国。
圖1 地鐵車輛的重量分配
以常見的地鐵為例，裝備完整后戴尸，其各部分重量的分配如圖1所示粟焊，車身重量占 36%，其次是車載設(shè)備孙蒙，約占29%项棠，然后是內(nèi)部裝飾占16%[2]。車載設(shè)備一般沒有多少減重空間挎峦，因此輕量化的重點主要是在車身和內(nèi)部裝飾香追。新材料、新設(shè)計浑测、新制造技術(shù)是軌道列車輕量化的主要途徑翅阵，而高分子材料相較一般金屬材料更為輕質(zhì)的特性，使其在軌道列車輕量化發(fā)展上應(yīng)用潛力無限迁央。
2. 高分子材料應(yīng)用分類
軌道交通領(lǐng)域中常見的高分子材料通持澜常可分為三大類：橡膠類，應(yīng)用如天然橡膠（NR）岖圈、順丁橡膠（BR）讹语、丁苯橡膠（SBR）、三元乙丙橡膠（EPDM）蜂科、氯丁橡膠（CR）顽决、丁腈橡膠（NBR）、聚氨酯橡膠（PU）及氟橡膠(FKM)等导匣；塑料類才菠，應(yīng)用如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）贡定、聚苯乙烯（PS）赋访、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）蚓耽、聚酰胺（PA）渠牲、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）及乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等；纖維類步悠，應(yīng)用如丙烯纖維（丙綸）签杈、聚丙烯腈纖維（腈綸）、聚酯纖維（滌綸）及尼龍纖維（錦綸）等鼎兽。
應(yīng)用于軌道交通車輛的高分子材料答姥，按照產(chǎn)品功能也可分為六大類：減振類，如底座錐形減振器接奈、電力機車減振墊踢涌、轉(zhuǎn)向架橡膠減振器、空氣彈簧系統(tǒng)及球鉸產(chǎn)品序宦；密封類睁壁，如制動器防塵套、制動機橡膠膜板互捌、制動閥座墊潘明、內(nèi)燃機車油分離器膠管；膠管類秕噪，如內(nèi)燃機車耐高溫硅膠管钳降、內(nèi)燃機車耐油膠管、制動軟管腌巾；摩擦類遂填，如緩沖器側(cè)面磨耗板、斜楔磨耗板澈蝙；絕緣類吓坚，如耐高壓絕緣線圈、聚酰亞胺黃金膜以及經(jīng)環(huán)氧樹脂浸漬處理電機灯荧；內(nèi)裝類礁击，如阻尼隔音片材、酚醛樹脂發(fā)泡頂板逗载、玻纖增強發(fā)泡風道哆窿、動車組用復(fù)合板、芳綸紙蜂窩板及玻璃鋼窗板等厉斟。
二挚躯、高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的具體應(yīng)用
1.在軌道交通車體中的應(yīng)用
列車車輛的車輪對軸承要求很高，需確保列車在高速運行時可靠性和安全性的同時擦秽，還要維修方便秧均，因此食侮，滾動軸承保持架起著十分關(guān)鍵的作用。聚酰胺復(fù)合材料具有高彈性目胡、自潤滑性、耐磨性链快、耐沖擊性誉己、耐腐蝕性、易加工域蜗、質(zhì)輕等特點巨双，能達到軸承所要求的性能，對鐵路運輸安全霉祸、高速筑累、重載起到了關(guān)鍵作用。這種軸承保持架采用玻纖增強和石墨或二硫化鉬作潤滑劑丝蹭，密度小慢宗，質(zhì)量輕。此種保持架在國外已廣泛應(yīng)用奔穿，如瑞典SKF公司在客車車輛軸承和機車牽引電機軸承上均采用25%的玻纖增強PA66復(fù)合材料制作軸承保持架镜沽。
轉(zhuǎn)向架也是軌道交通車輛的重要組成部分，其承載著車身和乘客重量贱田，在不同的載荷工況下缅茉，轉(zhuǎn)向架承載交變載荷因此轉(zhuǎn)向架必須有足夠的強度和剛度。傳統(tǒng)構(gòu)架由金屬焊接而成男摧，據(jù)統(tǒng)計蔬墩，傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架重量占整車重量的28.5%~42%，所以轉(zhuǎn)向架的輕量化對整車輕量化有重要意義耗拓。K.W.Jeon教授等研究了玻璃纖維增強的樹脂基體復(fù)合材料在構(gòu)架中的應(yīng)用拇颅，并對成型后的構(gòu)架進行疲勞性能和強度性能的測試。使用玻璃纖維增強材料成型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架帆离，可使構(gòu)架重量減少30%左右[3]蔬蕊。
此外，在其他車體部件處哥谷，高分子材料也有極廣泛的應(yīng)用岸夯。從車體外部情況看，車頭及燈罩部分主要應(yīng)用聚碳酸酯(PC)们妥、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)猜扮、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)监婶、聚甲醛(POM)等高性能樹脂旅赢；車窗及車頭外部保護層用的是聚酯玻璃鋼齿桃、酚醛玻璃鋼及環(huán)氧玻璃鋼等玻纖增強樹脂；車輛頭部采用的是蜂窩復(fù)合材料煮盼，如芳綸蜂窩短纵、玻璃鋼蜂窩、碳纖維蜂窩強化樹脂包覆發(fā)泡蜂窩材料等僵控；車廂連接彈性緩沖件香到、受電系統(tǒng)緩沖件、車門/窗等部位銜接用的是彈性緩沖件及膠黏劑报破、高性能彈性體材料悠就，包括熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)充易、氯丁橡膠梗脾、丁基橡膠、三元乙丙橡膠盹靴、硅橡膠及硅酮橡膠等炸茧。
2.在軌道交通車輛內(nèi)飾中的應(yīng)用
隨著人們生活水平的提升，人們對軌道交通車輛的方便鹉究、快捷提出更高要求的同時宇立，也對乘坐軌道交通車輛的安全、舒適自赔、可靠提出了越來越高的期望妈嘹，這些期望尤其反映在人們對車輛內(nèi)部環(huán)境的高要求上。
玻璃鋼材料（FRP绍妨，亦稱GFRP润脸，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯他去、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體毙驯，其不同于鋼化玻璃）相對于傳統(tǒng)金屬材料具有密度小，比強度灾测、比剛度高爆价，阻燃、隔音性能優(yōu)異的特點媳搪，逐漸在軌道交通領(lǐng)域得到普及铭段。內(nèi)部裝飾是軌道車輛大量使用玻璃鋼材料的區(qū)域，其中司機室頭罩秦爆、導流罩序愚、客座座椅椅面、側(cè)墻版等限、門立柱罩等結(jié)構(gòu)均可使用玻璃鋼材料成型[4]爸吮。
司機室頭罩一般采用整體式非飽和聚酯玻璃鋼材料芬膝，為泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，是整車外型設(shè)計中重要的一部分形娇，與車體連接采取膠接的方式锰霜；客室座椅由骨架和椅面組成，骨架通常由鋁合金或不銹鋼管材阻焊而成桐早，椅面樹脂通常采用不飽和聚酯或酚醛樹脂锈遥，而對比酚醛樹脂玻璃鋼和不飽和聚酯玻璃鋼兩種材料，前者相較后者有更優(yōu)異力學性能勘畔，且前者在不添加任何阻燃劑時，高溫下仍能保持其物理特性不降低丽惶；目前地鐵車輛風道由鋁板阻焊而成炫七，為了使風道保溫，在鋁板外層粘接隔熱棉以及防火巖棉等钾唬，長春軌道客車股份有限公司出口巴基斯坦的鐵路客車采用了新型酚醛玻璃鋼風道万哪，并且將頂板與風道合二為一，不僅可節(jié)約車內(nèi)空間抡秆、降低自重奕巍，還能增大通風面積，提高通風效果[5,6]儒士。
此外的止，在其他部件處，如內(nèi)飾板及隔板着撩，通常應(yīng)用ABS樹脂诅福；客艙頂板、墻板拖叙、行李架擋板等用的是以低密度聚乙烯(LDPE)氓润、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)薯鳍、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)咖气、聚醚酰亞胺(PEI)等為內(nèi)芯的夾芯材料及蜂窩夾芯材料；客艙風口格珊及內(nèi)飾燈罩用的是聚碳酸酯及其合金挖滤；穿線孔崩溪、中空玻璃密封件用的是硅酮橡膠、改性硅烷聚醚膠等壶辜；地板內(nèi)層與底板銜接悯舟、玻璃窗安裝等用的是聚氨酯、改性環(huán)氧樹脂砸民。
表1 軌道交通車輛內(nèi)飾材料發(fā)展要求
目前抵怎，軌道交通正朝著高速奋救、安全、舒適的方向快速發(fā)展反惕，因此新一代列車內(nèi)飾件產(chǎn)品對材料要求越來越高（如表1所示）尝艘，兼具阻燃、輕質(zhì)姿染、高強等特性的軌道交通內(nèi)飾材料是重點發(fā)展方向背亥。
3.在軌道交通中的其他應(yīng)用
隨著軌道交通向高速化、安全化方向發(fā)展悬赏，路基建設(shè)使用化工新材料的比例也逐步提高狡汉，主要為路基土工復(fù)合材料、路基線纜材料闽颇、防水材料等盾戴。
鋼軌絕緣是軌道電路的基本組成部分之一。軌道絕緣除應(yīng)保證軌道電路正常工作外兵多，還應(yīng)不降低鋼軌接頭處的機械強度尖啡。這就要求軌道絕緣材料具有良好的絕緣性能和高的壓縮強度。由于受氣候剩膘、環(huán)境的不良影響及列車運行交變載荷的連續(xù)作用衅斩，鋼軌絕緣較易損壞，它是鋼軌最薄弱的環(huán)節(jié)怠褐。軌道絕緣一般由PA6畏梆、PA66、PA1010惫搏、MC尼龍等材料制成具温，主要產(chǎn)品為槽型絕緣、絕緣管墊筐赔、絕緣墊圈铣猩、軌端絕緣等。軌道絕緣技術(shù)與絕緣材料成為軌道電路設(shè)備技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵[7]茴丰。
扣件作為連接鋼軌和軌枕的中間連結(jié)零件达皿，其作用是將鋼軌固定在軌枕上，保持軌距并阻止鋼軌相對于軌枕的縱橫向移動贿肩÷鸵扣件要求具有足夠的強度、耐久性和一定的彈性汰规，并有效地保持鋼軌與軌枕之間的可靠連結(jié)汤功，此外，還要求扣件系統(tǒng)零件少溜哮、安裝簡單滔金、便于拆卸色解。得益于聚酰胺復(fù)合材料良好的耐磨、耐老化餐茵、彈性好科阎、強度高和柔韌性好等優(yōu)勢，聚酰胺復(fù)合材料可有效應(yīng)用于扣件中忿族，提升扣件產(chǎn)品的綜合性能锣笨。此外，得益于聚酰胺復(fù)合材料優(yōu)良的耐油性道批、耐磨性错英、自潤滑性和良好的力學性能，其在鐵路線路上的重要部件——道岔隆豹，在減小道岔的轉(zhuǎn)換力和提高道岔的運行可靠性上也取得了良好的效果走趋。
從無砟軌道路基結(jié)構(gòu)及材料應(yīng)用看，軌道墊片的減振降噪部件應(yīng)用的是熱塑性彈性體噪伊、聚氯乙烯、硅橡膠氮唯、環(huán)氧樹脂鉴吹、丁基橡膠、丁苯橡膠惩琉、三元乙丙橡膠等豆励；緩沖填充物為改性瀝青；路基防水層瞒渠、電纜槽防護用的是聚氨酯良蒸、聚脲及氯化聚乙烯[8]。此外伍玖，保護線纜等輔助設(shè)施的鐵路蓋板也是軌道材料中涉及化工新材料較多的部件嫩痰。在有砟軌道系統(tǒng)中，復(fù)合材料枕木窍箍、道砟膠也應(yīng)用了大量的化工新材料串纺。
結(jié)語
國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》文件對軌道交通產(chǎn)業(yè)提出以下要求：加快新材料、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用椰棘，重點突破體系化安全保障纺棺、節(jié)能環(huán)保、數(shù)字化智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)邪狞，研制先進可靠適用的產(chǎn)品和輕量化祷蝌、模塊化、譜系化產(chǎn)品帆卓。研發(fā)新一代綠色智能巨朦、高速重載軌道交通裝備系統(tǒng)米丘，圍繞系統(tǒng)全壽命周期，向用戶提供整體解決方案罪郊，建立世界領(lǐng)先的現(xiàn)代軌道交通產(chǎn)業(yè)體系蠕蚜。
高分子材料作為軌道交通領(lǐng)域部件的重要應(yīng)用材料，其作用不可忽視悔橄。因此靶累，除了應(yīng)用現(xiàn)有高分子材料制造技術(shù)和工藝，我們還應(yīng)更加關(guān)注并深入研究新型高分子材料及其制造技術(shù)癣疟，為我國軌道交通事業(yè)的高速發(fā)展貢獻力量挣柬。（文章來源于網(wǎng)絡(luò)）
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