经过多年发展, 我国新材料产业虽然在产业规模, 技术水平, 发展机制等方面取得了巨大进步, 但依旧面临技术创新能力不足, 科研, 生产与应用严重脱节的问题. 要想破解新材料的应用瓶颈, 必须突破技术本位角度的局限, 了解下游客户和终端用户真正需要什么样的新材料?再从客户端, 需求端进行倒推, 逐一打通制备工艺, 产品开发, 应用推广各环节, 这样才能构建起新材料完整的产业链条. 为此, 从今日起推出《它们需要哪些化工新材料》系列报道, 盘点轨道交通, 芯片, 电池等当前热点领域对新材料的需求.
我国轨道交通的发展较快. 到2017年年底, 铁路轨道交通营运里程达到12.7万千米, 有34个城市建成投运城轨铁路5021.7千米. 轨道交通的发展也使车辆设备需求呈现高速增长, 到2020年, 铁路动车组拥有量将达3.6万辆. '轨道交通对新材料的需求量快速增加, 同时对材料的安全性与功能性等也提出了更高要求. ' 近日, 石油和化学工业规划院副总工程师张丽在接受中国化工报记者采访时表示.
新材料研发滞后
张丽介绍, 高速轨道交通用材料涉及面广, 需求量大, 要求严格, 供货难度大. 从2009年开始, 我国高铁动车飞速发展, 但国内材料的研发, 生产始终跟不上高铁和动车发展的需求.
目前应用于轨道交通的关键材料主要依赖国外技术. 国内主要通过与国外合资, 合作等形式进入高速车辆制造领域. 由于没有完善的研发平台, 性能试验评价平台和推广应用的长效机制, 国内企业很难进入该领域. 如随着轨道交通的高速发展, 车厢涂料显得尤为重要, 其中聚氨酯水性涂料很有前景. 但由于价格, 施工工艺等方面的原因, 国产聚氨酯水性涂料在轨道车辆上还未得到广泛应用.
此外, 我国在材料检验评价, 制造工艺等方面的技术规范和标准不统一, 有待完善;化工新材料的应用推广相对滞后, 本土企业供应能力弱;行业管理体系不健全, 重复建设和无序竞争等问题日益显现.
轻量化材料为车体减重
'轻量化对于车辆减重, 提速, 降噪, 降低能源消耗具有特别重要的现实意义. 而新材料的应用正好为轨道交通设备轻量化提供了重要的材料保障. 这一部分的应用多在高铁动车的车体外部及内饰等. ' 张丽介绍.
从车体外部情况看, 车头及灯罩部分, 主要应用的是聚碳酸酯(PC), 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA), 聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT), 乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA), 聚甲醛(POM)等高性能树脂. 车窗及车头外部保护层用的是聚酯玻璃钢, 酚醛玻璃钢及环氧玻璃钢等玻纤增强树脂. 车体外层油漆用的是水性聚氨酯涂料;受电弓滑板用的是碳纤维—金属复合材料. 车辆头部采用的是蜂窝复合材料, 如芳纶蜂窝, 玻璃钢蜂窝, 碳纤维蜂窝强化树脂包覆发泡蜂窝材料等. 车厢连接弹性缓冲件, 受电系统缓冲件, 车门/窗等部位衔接用的是弹性缓冲件及胶黏剂, 高性能弹性体材料, 包括热塑性聚氨酯弹性体(TPU), 热塑性聚酯弹性体(TPEE), 氯丁橡胶, 丁基橡胶, 三元乙丙橡胶, 硅橡胶及硅酮橡胶等.
在车内饰材料方面, 内饰板及隔板用的是ABS树脂;客舱顶板, 墙板, 行李架挡板等用的是以低密度聚乙烯(LDPE), 聚氨酯(PU), 聚氯乙烯(PVC), 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI), 聚醚酰亚胺(PEI)等为内芯的夹芯材料及蜂窝夹芯材料. 客舱风口格珊及内饰灯罩用的是聚碳酸酯及其合金. 穿线孔, 中空玻璃密封件用的是硅酮橡胶, 改性硅烷聚醚胶等. 地板内层与底板衔接, 玻璃窗安装等用的是聚氨酯, 改性环氧树脂. 座椅填充及外织物是聚氨酯, 聚酯纤维, 尼龙纤维, 丙烯纤维等.
路基材料应用比例提升
此外, 随着轨道交通向高速化, 安全化方向发展, 路基建设使用化工新材料的比例也逐步提高, 主要为路基土工复合材料, 路基线缆材料, 防水材料等.
从无砟轨道路基结构及材料应用看, 轨道扣件, 垫片的减振降噪部件应用的是热塑性弹性体, 聚氯乙烯, 硅橡胶, 环氧树脂, 丁基橡胶, 丁苯橡胶, 三元乙丙橡胶等;缓冲填充物为改性沥青;路基防水层, 电缆槽防护用的是聚氨酯, 聚脲及氯化聚乙烯. 其中轨道扣件是消耗化工新材料最多的部件. 此外, 保护线缆等辅助设施的铁路盖板也是轨道材料中涉及化工新材料较多的部件.
在有砟轨道系统中, 复合材料枕木, 道砟胶也应用了大量的化工新材料.
高铁及动车上用得最多的是减振降噪材料, 而减振降噪所用的橡胶品种很多, 用量较大的有天然橡胶, 丁苯橡胶, 顺丁橡胶, 丁腈橡胶, 氯丁橡胶, 丁基橡胶, 乙丙橡胶, 氟橡胶, 硅橡胶等.