經過多年發展, 我國新材料產業雖然在產業規模, 技術水平, 發展機制等方面取得了巨大進步, 但依舊面臨技術創新能力不足, 科研, 生產與應用嚴重脫節的問題. 要想破解新材料的應用瓶頸, 必須突破技術本位角度的局限, 了解下遊客戶和終端用戶真正需要什麼樣的新材料?再從客戶端, 需求端進行倒推, 逐一打通製備工藝, 產品開發, 應用推廣各環節, 這樣才能構建起新材料完整的產業鏈條. 為此, 從今日起推出《它們需要哪些化工新材料》系列報道, 盤點軌道交通, 晶片, 電池等當前熱點領域對新材料的需求.
我國軌道交通的發展較快. 到2017年年底, 鐵路軌道交通營運裡程達到12.7萬千米, 有34個城市建成投運城軌鐵路5021.7千米. 軌道交通的發展也使車輛設備需求呈現高速增長, 到2020年, 鐵路動車組擁有量將達3.6萬輛. '軌道交通對新材料的需求量快速增加, 同時對材料的安全性與功能性等也提出了更高要求. ' 近日, 石油和化學工業規劃院副總工程師張麗在接受中國化工報記者採訪時表示.
新材料研發滯後
張麗介紹, 高速軌道交通用材料涉及面廣, 需求量大, 要求嚴格, 供貨難度大. 從2009年開始, 我國高鐵動車飛速發展, 但國內材料的研發, 生產始終跟不上高鐵和動車發展的需求.
目前應用於軌道交通的關鍵材料主要依賴國外技術. 國內主要通過與國外合資, 合作等形式進入高速車輛製造領域. 由於沒有完善的研發平台, 性能試驗評價平台和推廣應用的長效機制, 國內企業很難進入該領域. 如隨著軌道交通的高速發展, 車廂塗料顯得尤為重要, 其中聚氨酯水性塗料很有前景. 但由於價格, 施工工藝等方面的原因, 國產聚氨酯水性塗料在軌道車輛上還未得到廣泛應用.
此外, 我國在材料檢驗評價, 製造工藝等方面的技術規範和標準不統一, 有待完善;化工新材料的應用推廣相對滯後, 本土企業供應能力弱;行業管理體系不健全, 重複建設和無序競爭等問題日益顯現.
輕量化材料為車體減重
'輕量化對於車輛減重, 提速, 降噪, 降低能源消耗具有特別重要的現實意義. 而新材料的應用正好為軌道交通設備輕量化提供了重要的材料保障. 這一部分的應用多在高鐵動車的車體外部及內飾等. ' 張麗介紹.
從車體外部情況看, 車頭及燈罩部分, 主要應用的是聚碳酸酯(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纖維, 酚醛玻璃纖維及環氧玻璃纖維等玻纖增強樹脂. 車體外層油漆用的是水性聚氨酯塗料;受電弓滑板用的是碳纖維—金屬複合材料. 車輛頭部採用的是蜂窩複合材料, 如芳綸蜂窩, 玻璃纖維蜂窩, 碳纖維蜂窩強化樹脂包覆發泡蜂窩材料等. 車廂連接彈性緩衝件, 受電系統緩衝件, 車門/窗等部位銜接用的是彈性緩衝件及膠黏劑, 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, 矽橡膠及矽酮橡膠等.
在車內飾材料方面, 內飾板及隔板用的是ABS樹脂;客艙頂板, 牆板, 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), 聚甲基丙烯醯亞胺(PMI), 聚醚醯亞胺(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矽酮橡膠, 改性矽烷聚醚膠等. 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. 座椅填充及外織物是聚氨酯, 聚酯纖維, 尼龍纖維, 丙烯纖維等.
路基材料應用比例提升
此外, 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, 主要為路基土工複合材料, 路基線纜材料, 防水材料等.
從無砟軌道路基結構及材料應用看, 軌道扣件, 墊片的減振降噪部件應用的是熱塑性彈性體, 聚氯乙烯, 矽橡膠, 環氧樹脂, 丁基橡膠, 丁苯橡膠, 三元乙丙橡膠等;緩衝填充物為改性瀝青;路基防水層, 電纜槽防護用的是聚氨酯, 聚脲及氯化聚乙烯. 其中軌道扣件是消耗化工新材料最多的部件. 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, 複合材料枕木, 道砟膠也應用了大量的化工新材料.
高鐵及動車上用得最多的是減振降噪材料, 而減振降噪所用的橡膠品種很多, 用量較大的有天然橡膠, 丁苯橡膠, 順丁橡膠, 丁腈橡膠, 氯丁橡膠, 丁基橡膠, 乙丙橡膠, 氟橡膠, 矽橡膠等.