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轨道交通会用到哪些先进高分子材料?

轨道交通车辆运行速度的不断提升,不仅对车辆运行平稳性和乘坐舒适性要求进一步提高,而且对阻燃、环保、轻量化、减振降噪提出了更高的要求。因此,越来越多的高分子材料在轨道交通中得到使用。今天就列举一些在轨道交通中常用的先进高分子材料。


1. 聚氨酯弹性体


与通用橡胶相比,聚氨酯具有更加优异的耐磨性和韧性,以“耐磨橡胶”著称。由于聚氨酯分子具有可定制性,通过控制聚氨酯的组成和结构,使其向功能化和高性能化方向发展。


  • MDI聚氨酯

目前,MDI聚氨酯微孔弹性体减振垫板和聚氨酯弹性体伸缩缝已经成功应用于中国高速铁路 。


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图  WJ-8 垫板   


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图 聚氨酯弹性体伸缩缝


聚氨酯复合材料轨枕兼具木制轨枕和混凝土轨枕的优点 , 同时弥补了二者缺陷,不仅具有优异的力学性能,抗弯强度与抗剪切强度,而且可通过弹性形变消减振动、降低噪声、提高行车舒适性和安全性、保护道床等。同时,聚氨酯轨枕还具有绝缘性好、绝缘电阻高、无需设置绝缘垫板的优点。


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图 聚氨酯复合材料合成轨枕的应用


目前,中国船舶重工洛阳七二五研究所、中国铁道科学研究院、株洲时代新材、青岛海力威新材料等均已实现了玻纤聚氨酯复合材料轨枕在广州地铁和上海地铁的使用,并且解决了噪声大、维护难的行业传统难题。


  • NDI 基聚氨酯 

NDI基聚氨酯由于含有萘环结构,分子链刚性较苯环强,宏观表现为具有更高的可压缩性、更高的可变形能力和更加优秀的动态耐疲劳性能,同时具有重量更轻等优势。


目前,株洲时代新材攻克了NDI预聚体储存稳定性差的难题,实现了NDI基聚氨酯材料工程化应用。已应用于跨坐式单轨车导向轮和弹性圈等产品上,实现了进口替代。

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2. 有机硅发泡材料


有机硅是指含有Si-O键且至少有1个有机基团直接与硅原子相连的化合物,其结构既含“有机基团”,又含“无机结构”,所以兼具有机和无机的性能。


有机硅材料可以在-70 ~150℃长期使用并且有优异的电气绝缘性能、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味等特点,尤其是有机硅材料的阻燃和无毒的特点,使得其在轨道交通的应用日益广泛。


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目前,有机硅泡沫代表产品有座椅座垫/靠垫和地铁地板减振垫。有机硅泡沫用作地板减振垫,在减振效果良好的同时,还起到阻隔声桥的作用,具有良好的降噪效果。目前国内技术正在迅速发展,逐步实现国产化替代。


随着对轨道车辆座椅座垫提出了更高的阻燃要求,目前,中车唐山轨道客车和中车长春轨道客车研制的部分出口型轨道车辆和中车青岛四方研制的京雄高铁,其商务座均采用了有机硅泡沫座椅座垫。

       

此外,香港地铁以及北京、上海的新机场示范线大巴均采用有机硅材料,国外部分轨道交通装备也逐步要求其座椅采用有机硅泡沫材料。


3. 特性尼龙


尼龙作为高铁扣件基础材料已得到广泛应用。为保障高速铁路在高寒地区安全运行,扣件须满足更高要求,特别是低温耐疲劳性能。因此,对尼龙的低温韧性、加工流动性及对玻纤等填充物的浸润性和包覆性提出了更高要求。点击查看详细内容:高铁为何那么平稳?扣件尼龙有功劳!



耐低温共聚尼龙可以综合高韧性和高流动性,在轨道交通上取得应用。


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目前高性能尼龙制备的铁路扣件等成功应用于沪昆、成渝、汉孝、渝万等高速铁路线路和中南铁路大通道、张唐线等重载线路以及长沙地铁上。其应用情况如图所示。

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图 特性尼龙在高速铁路轨道扣件系统中的应用

4. 芳纶绝缘材料

芳纶为芳香族聚酰胺纤维的简称,由杜邦发明,具有耐热、阻燃、轻质高强和耐磨性好等优点。间位芳纶产品在高端电气绝缘和轻量化蜂窝结构方面有着广泛的用途,目前已成为电机电器和电力传输等领域的重要基础材料。
                         


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图 芳纶绝缘纸

高品质芳纶是轨道交通中大功率电机、变压器、电气设备中的关键主绝缘材料,在绕包绝缘、槽绝缘、匝间绝缘等区域均有应用。特别是在高速动车组的电机与变压器中,绝缘体系用量巨大。国外商业化的间位芳纶纸主要包括杜邦的Nomex和日本帝人。

目前国内完成了芳纶产品开发,实现了层压板材、绝缘纸、芳纶蜂窝纸等多种产品在轨道交通等多领域应用。下图为芳纶绝缘纸在变压器和电机线圈的槽、匝间的应用。


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图 在电机线圈中的应用



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图 在变压器中的应用



5. 复合材料

狭义复合材料主要指纤维增强复合材料和夹层结构复合材料,具有重量轻、强度高、耐疲劳、耐腐蚀等特点。

目前,国内轨道交通复合材料主要应用于内饰件等非承载结构中,其中司机室内饰、司控台、头罩、客室座椅面、侧墙板、顶板、门立柱罩等结构均使用玻璃纤维复合材料。

随着铁路向高速化、安全化、轻量化的方向发展,高分子材料起的作用越来越重要。轨道交通系统将成为未来改性塑料发展的重要领域,高性能PA复合材料已成为其中最具发展前途的应用产品。

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参考素材:《轨道交通新型高分子材料研发及应用进展》王进
艾邦艾可编辑



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