隨著制動(dòng)性能和受流性能的提高，對(duì)材料性能的要求也越來(lái)越高，尤其是針對(duì)輕量化、減振、降噪等性能與化工新材料密切相關(guān)。
根據(jù)2020年12月22日國(guó)新辦發(fā)布的《中國(guó)交通的可持續(xù)發(fā)展》白皮書(shū)，截至2019年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程13.9萬(wàn)公里，其中高鐵達(dá)到3.5萬(wàn)公里。2020年全國(guó)鐵路新增運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)4800公里，其中高鐵約2500公里。據(jù)相關(guān)信息披露，2020年軌道交通全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值突破1100億元大關(guān)。
軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)也帶動(dòng)了我國(guó)軌道交通用的合成橡膠、特種彈性體、復(fù)合材料及特種工程塑料等化工新材料的快速增長(zhǎng)。
工程塑料
尼龍材料PA66
以PA66作為基材樹(shù)脂，通過(guò)復(fù)合增韌體系對(duì)其進(jìn)行增韌，使復(fù)合材料具有高韌性的同時(shí)具備較高強(qiáng)度，還可以有效解決機(jī)車(chē)抖動(dòng)、噪音大等問(wèn)題，確保軌距穩(wěn)定，減少維修次數(shù)，并具有優(yōu)良的抗振性，對(duì)保障高速鐵路機(jī)車(chē)的平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。
這種PA66復(fù)合材料在鐵路工務(wù)工程、鐵路車(chē)輛、鐵路電務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛;例如軌道扣件系統(tǒng)、鐵路道岔、車(chē)輛的滾動(dòng)軸承保持架、轉(zhuǎn)向架心盤(pán)磨耗盤(pán)、軌道絕緣器材、絕緣軌距桿。
《尼龍工程塑料在高鐵中應(yīng)用》中提到：
目前我國(guó)鐵路規(guī)劃建設(shè)配套用尼龍工程塑料量為7噸/km以上，僅緊固件一項(xiàng)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(chǎn)品成功應(yīng)用于滬昆、成渝、漢孝、渝萬(wàn)等高鐵線路，中南鐵路大通道、張?zhí)凭€等重載線路，以及長(zhǎng)沙地鐵。
國(guó)外朗盛、杜邦、帝斯曼、羅地亞、巴斯夫等開(kāi)發(fā)的軌道交通用尼龍材料均實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，典型材料牌號(hào)為B30S(朗盛)。此外國(guó)內(nèi)的金發(fā)科技、株洲時(shí)代新材、南京聚隆、神馬華威等企業(yè)開(kāi)已布局軌道交通扣件系統(tǒng)PA66市場(chǎng)。
近期，株洲時(shí)代新材線路市場(chǎng)斬獲高鐵扣件系統(tǒng)非金屬部件億元級(jí)訂單，這也是該公司近年來(lái)線路市場(chǎng)單筆金額最大的訂單，為“十四五”高質(zhì)量開(kāi)局奠定了良好基礎(chǔ)。
超高分子量聚乙烯
超高分子量聚乙烯通過(guò)改性是橋梁支座中至關(guān)重要的滑動(dòng)部件。
21世紀(jì)初，德國(guó)毛勒公司將超高分子量聚乙烯改性，克服了傳統(tǒng)橋梁支座耐磨材料聚四氟乙烯存在的設(shè)計(jì)承載能力偏低、活載位移速率偏小等缺點(diǎn)，替代PTFE用于高速鐵路及磁懸浮列車(chē)的橋梁支座上。
時(shí)代新材于2008年成功開(kāi)發(fā)了客運(yùn)專(zhuān)線橋梁支座專(zhuān)用改性超高分子量聚乙烯復(fù)合耐磨材料。目前該材料已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)武廣、北滬、滬昆等高鐵線路。
聚氨酯
聚氨酯枕木
為適應(yīng)高速列車(chē)的提速要求，開(kāi)發(fā)聚氨酯枕木以取代或部分取代混凝土枕木被認(rèn)為是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
在西歐，該技術(shù)已有較成熟的研制和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn);在日本，聚氨酯枕木已在高速列車(chē)新干線軌道上得到應(yīng)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(yīng)商：南京聚隆、華東理工大學(xué)華昌聚合物、廣州秀珀化工、株洲時(shí)代新材料、煙臺(tái)萬(wàn)華聚氨酯、德國(guó)巴斯夫等。
聚氨酯膠黏劑
膠粘劑在軌道交通中的應(yīng)用分為道路用膠和車(chē)身用膠。道路用膠主要用于無(wú)砟道路基凸型擋臺(tái)的灌封粘接、路基伸縮縫的密封、無(wú)縫路軌連接處的粘接加強(qiáng)。
車(chē)身用膠主要包括玻璃粘接、地板粘接等。其中，專(zhuān)門(mén)用于鋪設(shè)高速鐵路無(wú)砟軌道的聚氨酯膠粘劑，是高鐵建設(shè)不可或缺的核心材料。
材料供應(yīng)商：高盟新材、廣東國(guó)望、中山康和、上海烈銀、哈斯公司、美國(guó)富樂(lè)、美國(guó)3M、德國(guó)漢高、德國(guó)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(xué)性、耐磨性，為車(chē)體外層提供理想的保護(hù)。在多變的環(huán)境中可以保持列車(chē)表面的完整，并更具抵御飛石撞擊帶來(lái)的車(chē)表?yè)p傷。
科思創(chuàng)開(kāi)發(fā)的聚氨酯涂料此前已在京張高鐵智能列車(chē)設(shè)計(jì)方案中藍(lán)白漸變外觀的“瑞雪迎春號(hào)”列車(chē)車(chē)身上得到應(yīng)用。
復(fù)合材料
復(fù)合材料在列車(chē)上的應(yīng)用，按承力特征大致可分為兩類(lèi)：復(fù)合材料非主承力件和復(fù)合材料主承力件。其中，復(fù)合材料非主承力件又可分為主承力件(如車(chē)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(gòu)件)。
復(fù)合材料主承力件主要是指列車(chē)車(chē)體、司機(jī)室和轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等列車(chē)的大型承力構(gòu)件，它是復(fù)合材料取代傳統(tǒng)材料，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛輕量化的關(guān)鍵。
目前實(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用案例的復(fù)合材料有纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、Tedlar聚氟乙烯、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、Kevlar纖維-環(huán)氧樹(shù)脂以及碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)等。
近10年，碳纖維復(fù)合材料開(kāi)始少量應(yīng)用于軌道交通車(chē)輛部件，并取得預(yù)期的減重、加速效果。但是由于碳纖維在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用受制于成本因素，未形成批量應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)碳纖維復(fù)合材料在軌道交通車(chē)輛內(nèi)飾等非承力件上有應(yīng)用，但在主承力件上的應(yīng)用還處于研究中。以四方股份為代表的軌道車(chē)輛主機(jī)廠研制的全碳纖維復(fù)合材料主要是以國(guó)外設(shè)計(jì)技術(shù)和原材料為主。
合成橡膠
橡膠因其良好的彈性、優(yōu)良的抗疲勞特性和功能可設(shè)計(jì)性,被廣泛應(yīng)用于軌道交通減隔(震)振領(lǐng)域，為高鐵的平穩(wěn)運(yùn)行發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
目前減震領(lǐng)域?qū)铣上鹉z的需求持續(xù)增加，相比天然橡膠其在軌道交通領(lǐng)域的性能優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在來(lái)源穩(wěn)定、功能性強(qiáng)、類(lèi)型豐富、質(zhì)輕特性等方面。
橡膠在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用分為車(chē)、線、橋三大系統(tǒng)，主要產(chǎn)品包括轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)橡膠元件、車(chē)體內(nèi)飾及密封件、軌道扣件系統(tǒng)橡膠墊板、橋梁線路減振元件、其他彈性體制品。
未來(lái)展望
目前我國(guó)正處在軌道交通發(fā)展的繁榮時(shí)期，高速鐵路運(yùn)營(yíng)總里程超過(guò)世界50%以上，未來(lái)10年的建設(shè)計(jì)劃占世界總計(jì)劃的60%以上。
隨著我國(guó)城市輕軌、地鐵、城際鐵路向高速化、安全化、輕量化的方向發(fā)展以及鐵路系統(tǒng)制件的更換和更新改造，塑料、橡膠方面，研發(fā)環(huán)保低毒、阻燃、可回收利用、長(zhǎng)壽命的材料及制品，功能化需求越來(lái)越高，碳纖維復(fù)合材料、超高分子量聚乙烯等化工新材料的國(guó)產(chǎn)化任重道遠(yuǎn)。
