高速鐵路是指通過改造原有線路（直線化、軌距標準化），使營運速率達到每小時 200 公里以上或者專門修建新的“高速新線”，使營運速率達到每小時 250 公里以上的鐵路系統。

 

世界高鐵發展狀況

 

 

世界第一條高速鐵路——日本新干線于 1964 年成功運營，最高時速 300 公里 , 運營速度 210 公里。？ 目前已有個國家和地區共 14，000 余公里高速鐵路投入運營。

 

 

我國高速鐵路現狀

 

目前，中國大陸投入運營的高速鐵路已達到 6920 公里我國高速鐵路運營里程居世界第一位，其中：新建時速～ 350 公里的高速鐵路有 4044 營業公里，既有線提速達到時速 200 ～ 250 公里的高速鐵路有 2876 營業公里，正在建設中的高速鐵路有 1 萬多公里，全國鐵路每天開行高速列車列左右，平均上座率達到 101.7%，高速鐵路為廣大旅客創造了美好生活。

中國大陸目前已開通的高鐵線路

 

2008年8月1日，京津城際高鐵通車

2009年4月1日，石太客運專線通車

2009年9月28日溫福、甬臺溫鐵路通車

2009年12月26日，武廣高鐵建成通車

2010年1月28日，鄭西高鐵相繼建成通車

2010年4月26日，福廈高鐵通車

2010年5月1日，成灌高鐵通車

2010年7月1日，滬寧高鐵通車

2010年9月20日，昌九城際高鐵通車

2010年10月26日，滬杭高鐵通車

 

動車組主要用于城際之間旅客送運

 

 

中國研發真空管道磁懸浮 時速 4000 公里

 

時速 4000 公里，能耗不到航客機 1/10, 噪音和廢氣污染及事故率接近于零，這是真空管道磁懸浮列車的驚人特點。

作為新一代磁懸浮列車，理論最高時速 2 萬公里真，空管道磁懸浮列車將把北京與華盛頓納入兩小時交通圈，用數小時完成環球旅行已經成為科學家近期努力的目標。

 

高速鐵路用材料

 

下面主要分析車輛（車體、轉向架、車輛內裝及設備）、輪 - 軌、受電弓滑板、制動摩擦、路基等方面的材料。高速需要大的動力，導致更大的振動。為滿足節能、安全、環保、舒適目標，對于高速鐵路用材料的要求：輕質高強、隔振減振。

高鐵輕量化材料

 

車體

 

不銹鋼和鋁合金與普通鋼相比，不銹鋼減重 40%。不銹鋼車體不易解決車體氣密性問題，只用于制造時速 200 公里級的車體。由于鋁合金比強度高，特別是大型空心薄壁鋁材軋制技術的完善，成為高速列車車體最理想的材料。

鋁合金車體的發展

 

輕量化車體用中空雙表面大型鋁合金擠壓型材 , 可大幅度減少焊接工作量，簡化車輛的制造工藝。日本新干線選用的鋁合金大體上有：Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金，系合金。如 5083、7003等牌號的鋁合金。

由于車輛輕量化的要求越來越高，于是人們把目光注視到復合材料上來。

 

 

復合車體的發展

 

玻璃纖維增強聚酯車頭                                                                      芳綸纖維增強環氧車頭

 

意大利 ETR500高速列車的車頭前突部分采用的是芳綸纖維增強環氧樹脂的 FRP，用這種材料模型成型的符合空氣動力學線型要求的車頭，具有優異的抗沖擊能力，當列車以速度行駛時有很好的尺寸穩定性。

法國國營鐵路公司（SNCF）認為對于未來的 TGV高速列車，考慮到迫切需要進一步減輕車體質量，采用碳和玻璃纖維強化環氧樹脂包覆發泡蜂窩材料芯 , 制造雙層掛車，并進行線路運行試驗，對其耐火性、抗沖擊強度等進行運行測試，結果表明：

復合材料車體的制造工藝是有效的，它比鋁制或鋼制車體的強度大，用碳纖維復材預計可比鋁制車的質量減少25?%；復合材料車體在振動性能、透聲性能和絕熱性能方面的優點，提高了車體的舒適性。

泡沫鋁在車體中的應用

 

泡沫鋁夾心高速列車車門高速列車廂體泡沫鋁復合內襯（泡沫鋁與聚胺脂泡沫材料復合）高速列車車廂泡沫鋁夾心地板高速列車噪聲設備（如發電機、風機、空壓機、中央空調等）用泡沫鋁隔音板與使用傳統蜂窩鋁材料相比，隔音、隔熱、隔震性能提高數倍，并可降低成本。

轉向架

 

能相對車體回轉的一種裝置 , 起支承車體、轉向和制動的作用，并保證機車車輛在軌道上安全平穩地運行。

提速使機車車輛的轉向架振動加劇，疲勞壽命和安全可靠性問題突出。多次出現電機懸掛的轉向架構架端梁斷裂和牽引拉桿斷裂等十分危險的事故。

轉向架的構架是特別重要的高強度部件，關系到整個車輛安全性。轉向架必須滿足安全、運行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。

多采用優質碳素鋼、低合金低碳高強度鋼、耐候鋼制造的構架。近來研究熱點為高分子復合材料和鋁合金制造的構架。

德國開發了世界上第一個纖維復合材料的轉向架構架，并過了靜態模擬實驗、耐久試驗、運行試驗，運營了 100 多萬 km 后檢測未現任何損壞、磨損或撕裂。

車輛內裝及設備

 

車輛內裝及設備主要有裝飾板、廁所、盟洗室、座椅及水箱等 ,?應以鋁合金和高分子材料為主 ,?如裝飾板采用鋁合金上疊合一層不燃性的纖維增強塑料 ,?廁所、盟洗室、座椅及水箱還要考慮到衛生和耐腐蝕性 ,?也以不燃性的為佳。

 

輪- 軌材料

 

輪 & 軸

 

當列車的時速達到 300 公里時，高速列車車輪的雜質含量必須嚴格控制。在鋼鐵冶煉的時候，就必須要求車輪鋼雜質含量極低且分布均勻。由于車輪不過關，曾經導致德國高速列車脫軌，人員傷亡。車軸是空心軸，列車所有的重量都壓在車軸上，技術雖然不是特別尖端，但批量生產的時候單件產品質量控制必須非常嚴格。

 

鋼軌

 

就線路而言 ,高速鐵路區別于一般鐵路最主要的特點是曲率半徑大、應變速率高、軸重輕和牽引力大 ,?鋼軌的磨耗較小 ,?疲勞損傷相對突出 ,?因此對鋼軌材料的選擇要求較高。

對于鋼軌材料而言 ,歐洲鐵路一直在合金鋼軌上進行研究 , 如非熱處理的 Cr-Mo。合金鋼軌除了有較高的循環軟化抗力外 , 也有較好的抵抗短波磨損的能力 ,是今后鋼軌材料的重點選擇對象之一。

此外 ,還應從鋼軌鋼的強韌化和純凈化方面進行努力大力發展全長熱處理鋼軌、稀土鋼軌和降噪降振新鋼軌。國外在高速鐵軌上正在開發貝氏體鋼軌，以提高耐磨性和抗疲勞性。

接觸線－滑塊摩擦副材料

 

列車提速和重載運輸，使弓網振動加劇，受流負荷加大，離線率增加造成電弧燒蝕，使接觸線出現大量硬點，弓網滑塊磨損進一步加劇，甚至造成接觸線熔斷。

接觸網導線材料

 

高速列車通常采用電力牽引。需要保證接觸網導線與受電弓滑板之間在高速運行時具有良好的受流性能，目前高速鐵路研究開發了銅合金導線，主要品種有銅銀合金導線、銅鎘合金及銅錫合金導線等。

隨著車速進一步提高，導線材料已由單一材料向復合材料的方向發展，其中一個品種是鋼芯銅皮的銅—鋼復合材料。

受電弓滑板材料

 

受電弓滑板是機車供電系統中的重要集電元件 ,高速運行的電力機車上的滑板一旦失效 ,?將嚴重危及行車安全 ,?因此要求它的使用必須經濟安全 ,既對接觸網導線磨耗小 ,自身有足夠的使用壽命 ,又不影響弓網關系。

目前 ,國內外研究的浸金屬碳滑板已步入了實用化的階段 , 它主要是利用了碳滑板材料的多孔性質 ,?將熔融的銅或銅合金等高導電性金屬 ,?在高溫高壓下浸入到碳滑板基體中去 ,?使它既有碳材料的自潤滑和抗電弧性能 ,?又具備金屬材料的集電、強度高、抗彈撞擊力強的特點 ,?成為最理想的滑板材料。

與此同時 ,還應加強碳纖維一金屬復合材料滑板的研究這種滑板在集電、潤滑、抗撞擊性能方面都會超過現有的金屬滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板 ,其應用前景十分廣闊。

 

無砟軌道系統

 

 

板式無砟軌道是由長鋼軌、扣件系統、軌道板、水泥瀝青砂漿、混凝土底座及凸形擋臺組成的一種新型軌道結構。

為了使板式軌道具有一定的彈性，并固定軌道結構的位置，在混凝土底座和軌道板之間，以及凸形擋臺周圍填充緩沖材料層，同時消除混凝土構件施工誤差。

作為緩沖充填材料，應既有一定的彈性，又有一定的強度，水泥砂漿強度足夠高，但彈性不足，瀝青彈性好，但強度低，受溫度影響大，因此采用了將二者結合的水泥瀝青砂漿，一般采用水泥、乳化瀝青、砂及各種摻和料混合而成，通稱砂漿。

 

每公里客運專線需要的扣件在 6200-6600 套之間，以萬公里計算，高鐵共需要 9920-10560 萬套扣件，如果按照現在的 300 元左右的價格，市場空間為 300 億元左右。

中國高速鐵路扣件占有前三名：

1、德國 Vossloh 扣件

2、英國 Pandrol 扣件

3、晉億實業股份有限公司 （ 訂單 22 億、交貨 9.5 億占有率25%

 

 

高速鐵路無砟軌道系統用高分子材料

 

高鐵鐵軌所用到的高分子減振、降噪材料多達十幾種。

聚氨酯、碳纖維復合材料、熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環氧樹脂、丁基橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠等。

砂漿及專用瀝青乳液微粒帶正電荷；貯存穩定性好；配制砂漿外加水少，有利于防止砂漿泌水；與水泥、細骨料附著力好，可有效防止砂漿離析；抗凍性與耐候性好，有效延長了使用壽命。

凸形擋臺填充聚氨酯樹脂

 

 

粘度小，易于施工；防沉降效果好，具有較高的承載強度及韌性，抗沖擊性能優秀，并擁有良好粘結強度，優異的抗疲勞性、耐熱老化性及耐腐蝕性。

聚脲彈性體涂層在高鐵中的應用

 

 

由于高鐵采用無碴軌道，要求防護層不僅具有防水、防滲和抗裂等基本性能，還要能經受火車高速行駛帶來的高速、重載、交變沖擊等作用。聚脲涂層無接縫，粘結力強，真正做到了整體防水，同時還具有優異的耐磨性、抗沖擊、抗開裂、耐紫外光和耐高低溫性能，可滿足高鐵的特殊要求。

京津高鐵工程中聚脲材料防護工程達 95 萬 m 2 ，聚脲用量超過 2000t。京滬高速鐵路全長 1318km，需要聚脲彈性體涂層 2 萬 t、脂肪族 PU 面層涂料 868t、防水涂料 6707t，工程總額達到 20 億元。

除高鐵外，與高鐵配套的海底隧道、過江隧道、山體隧道和地鐵隧道，均需大量聚脲涂層。

PU枕木

 

PU枕木是一種玻纖增強的硬質 PU 微孔彈性體，具有比強度大、減震、降噪、耐電氣絕緣、高耐久和環保等優良性能。

在日本，塑料枕木的應用歷史已超過年，且已應用於新乾線高速列車的鐵軌上。

PU枕木目前已受到 PU 和鐵路業界高度關注，是全球 PU 材料界研究的一個熱點課題。根據國家發展高速鐵路長遠計劃，為了適應高速列車提速要求，開發 PU 枕木以取代或部分取代混凝土枕木必將是未來發展趨勢。按國外經驗高速鐵路需用 1800 根左右軌枕計，則 7000km 高速鐵路 PU 枕木市場規模將達到 500 億元，這無疑將給我國新型彈性體帶來巨大市場空間。

 

高鐵會給我們帶來什么機會？

未來 3 年高速鐵路投資額度將達到億元以上，年均投資將超過億元，為高速鐵路系統配套的化工材料將扮演越來越重要的角色。

中國高速鐵路這塊大蛋糕吸引的不僅僅是中國企業，國外的供應商同樣嗅到了商機。德國巴斯夫公司專門組建了高速鐵路團隊，向中國提供從防水材料到沙漿材料、從道碴膠到土工布膠、從外加劑到防腐劑、從涂料到地坪、從保溫到吸音等系列解決方案。

中國的高速鐵路建設不僅僅給新材料企業帶來了發展機會，同時也給新材料產業提出了更高的要求。用于高速鐵路路基和軌道之間的減振材料——聚酯聚醚彈性體，目前國內生產企業還不能滿足需求，主要從國外進口。而美國杜邦公司的聚酯聚醚彈性體材料售價在每噸 10 萬元左右甚至更高。如果該材料實現國產化，價格可以降低一半。

部分國內高速鐵路用高分子材料生產廠商：南京聚隆科學技術股份有限公司、錦綸緊固件專用料、華東理工大學華昌聚合物有限公司、MFE-9 乙烯基酯樹脂材料 （ 墊板 ）、廣州秀珀化工股份有限公司、聚脲防腐防水涂料、株洲時代新材料科學技術股份有限公司、樹脂防水涂料、首都東方雨虹防水技能股份公司、聚脲彈性涂料及配套材料、煙臺萬華聚氨酯股份有限公司、聚脲彈性涂料。