高分子材料在軌道交通中的應用

    在我國軌道交通高速發展的同時，軌道交通對新材料的需求量也快速增加，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揮著重要作用，從路基建設到車輛內外飾、再到結構承力件等部件上的應用，材料優良的性能賦予制品出色的特性。

地鐵車輛的重量分配

    在軌道交通車體中的應用

    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，還要維修方便，因此，滾動軸承保持架起著十分關鍵的作用。聚酰胺復合材料具有高彈性、自潤滑性、耐磨性、耐沖擊性、耐腐蝕性、易加工、質輕等特點，能達到軸承所要求的性能，對鐵路運輸安全、高速、重載起到了關鍵作用。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，密度小，質量輕。此種保持架在國外已廣泛應用，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復合材料制作軸承保持架。

    轉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，在不同的載荷工況下，轉向架承載交變載荷因此轉向架必須有足夠的強度和剛度。傳統構架由金屬焊接而成，據統計，傳統金屬結構轉向架重量占整車重量的28.5%~42%，所以轉向架的輕量化對整車輕量化有重要意義。K.W.Jeon教授等研究了玻璃纖維增強的樹脂基體復合材料在構架中的應用，并對成型后的構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向架構架，可使構架重量減少30%左右。

    此外，在其他車體部件處，高分子材料也有極廣泛的應用。從車體外部情況看，車頭及燈罩部分主要應用聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚甲醛（POM）等高性能樹脂；車窗及車頭外部保護層用的是聚酯玻璃鋼、酚醛玻璃鋼及環氧玻璃鋼等玻纖增強樹脂；車輛頭部采用的是蜂窩復合材料，如芳綸蜂窩、玻璃鋼蜂窩、碳纖維蜂窩強化樹脂包覆發泡蜂窩材料等；車廂連接彈性緩沖件、受電系統緩沖件、車門/窗等部位銜接用的是彈性緩沖件及膠黏劑、高性能彈性體材料，包括熱塑性聚氨酯彈性體（TPU）、熱塑性聚酯彈性體（TPEE）、氯丁橡膠、丁基橡膠、三元乙丙橡膠、硅橡膠及硅酮橡膠等。

    在軌道交通車輛內飾中的應用

    隨著人們生活水平的提升，人們對軌道交通車輛的方便、快捷提出更高要求的同時，也對乘坐軌道交通車輛的安全、舒適、可靠提出了越來越高的期望，這些期望尤其反映在人們對車輛內部環境的高要求上。

    玻璃鋼材料（FRP，亦稱GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體，其不同于鋼化玻璃）相對于傳統金屬材料具有密度小，比強度、比剛度高，阻燃、隔音性能優異的特點，逐漸在軌道交通領域得到普及。內部裝飾是軌道車輛大量使用玻璃鋼材料的區域，其中司機室頭罩、導流罩、客座座椅椅面、側墻版、門立柱罩等結構均可使用玻璃鋼材料成型。

    司機室頭罩一般采用整體式非飽和聚酯玻璃鋼材料，為泡沫夾芯結構，是整車外型設計中重要的一部分，與車體連接采取膠接的方式；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，椅面樹脂通常采用不飽和聚酯或酚醛樹脂，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異力學性能，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；目前地鐵車輛風道由鋁板阻焊而成，為了使風道保溫，在鋁板外層粘接隔熱棉以及防火巖棉等，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，并且將頂板與風道合二為一，不僅可節約車內空間、降低自重，還能增大通風面積，提高通風效果。

    此外，在其他部件處，如內飾板及隔板，通常應用ABS樹脂；客艙頂板、墻板、行李架擋板等用的是以低密度聚乙烯（LDPE）、聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）、聚醚酰亞胺（PEI）等為內芯的夾芯材料及蜂窩夾芯材料；客艙風口格珊及內飾燈罩用的是聚碳酸酯及其合金；穿線孔、中空玻璃密封件用的是硅酮橡膠、改性硅烷聚醚膠等；地板內層與底板銜接、玻璃窗安裝等用的是聚氨酯、改性環氧樹脂。

表1 軌道交通車輛內飾材料發展要求

    目前，軌道交通正朝著高速、安全、舒適的方向快速發展，因此新一代列車內飾件產品對材料要求越來越高（如表1所示），兼具阻燃、輕質、高強等特性的軌道交通內飾材料是重點發展方向。

    在軌道交通中的其他應用

    隨著軌道交通向高速化、安全化方向發展，路基建設使用化工新材料的比例也逐步提高，主要為路基土工復合材料、路基線纜材料、防水材料等。

    鋼軌絕緣是軌道電路的基本組成部分之一。軌道絕緣除應保證軌道電路正常工作外，還應不降低鋼軌接頭處的機械強度。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、環境的不良影響及列車運行交變載荷的連續作用，鋼軌絕緣較易損壞，它是鋼軌最薄弱的環節。軌道絕緣一般由PA6、PA66、PA1010、MC尼龍等材料制成，主要產品為槽型絕緣、絕緣管墊、絕緣墊圈、軌端絕緣等。軌道絕緣技術與絕緣材料成為軌道電路設備技術發展的關鍵。

    扣件作為連接鋼軌和軌枕的中間連結零件，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。扣件要求具有足夠的強度、耐久性和一定的彈性，并有效地保持鋼軌與軌枕之間的可靠連結，此外，還要求扣件系統零件少、安裝簡單、便于拆卸。得益于聚酰胺復合材料良好的耐磨、耐老化、彈性好、強度高和柔韌性好等優勢，聚酰胺復合材料可有效應用于扣件中，提升扣件產品的綜合性能。此外，得益于聚酰胺復合材料優良的耐油性、耐磨性、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，在減小道岔的轉換力和提高道岔的運行可靠性上也取得了良好的效果。

    從無砟軌道路基結構及材料應用看，軌道墊片的減振降噪部件應用的是熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環氧樹脂、丁基橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙橡膠等；緩沖填充物為改性瀝青；路基防水層、電纜槽防護用的是聚氨酯、聚脲及氯化聚乙烯。此外，保護線纜等輔助設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。在有砟軌道系統中，復合材料枕木、道砟膠也應用了大量的化工新材料。

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責任編輯：殷鵬飛

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