高速鐵路是指通過改造原有線路（直線化、軌距標(biāo)準(zhǔn)化），使?fàn)I運(yùn)速率達(dá)到每小時(shí) 200 公里以上或者專門修建新的“高速新線”，使?fàn)I運(yùn)速率達(dá)到每小時(shí) 250 公里以上的鐵路系統(tǒng)。

 

世界高鐵發(fā)展?fàn)顩r

 

 

世界第一條高速鐵路——日本新干線于 1964 年成功運(yùn)營，最高時(shí)速 300 公里 , 運(yùn)營速度 210 公里。？ 目前已有個(gè)國家和地區(qū)共 14，000 余公里高速鐵路投入運(yùn)營。

 

 

我國高速鐵路現(xiàn)狀

 

目前，中國大陸投入運(yùn)營的高速鐵路已達(dá)到 6920 公里我國高速鐵路運(yùn)營里程居世界第一位，其中：新建時(shí)速～ 350 公里的高速鐵路有 4044 營業(yè)公里，既有線提速達(dá)到時(shí)速 200 ～ 250 公里的高速鐵路有 2876 營業(yè)公里，正在建設(shè)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(dá)到 101.7%，高速鐵路為廣大旅客創(chuàng)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(yùn)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(yùn)

 

 

中國研發(fā)真空管道磁懸浮 時(shí)速 4000 公里

 

時(shí)速 4000 公里，能耗不到航客機(jī) 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(diǎn)。

作為新一代磁懸浮列車，理論最高時(shí)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(shí)交通圈，用數(shù)小時(shí)完成環(huán)球旅行已經(jīng)成為科學(xué)家近期努力的目標(biāo)。

 

高速鐵路用材料

 

下面主要分析車輛（車體、轉(zhuǎn)向架、車輛內(nèi)裝及設(shè)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(dǎo)致更大的振動。為滿足節(jié)能、安全、環(huán)保、舒適目標(biāo)，對于高速鐵路用材料的要求：輕質(zhì)高強(qiáng)、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(shí)速 200 公里級的車體。由于鋁合金比強(qiáng)度高，特別是大型空心薄壁鋁材軋制技術(shù)的完善，成為高速列車車體最理想的材料。

鋁合金車體的發(fā)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(fù)合材料上來。

 

 

復(fù)合車體的發(fā)展

 

玻璃纖維增強(qiáng)聚酯車頭                                                                      芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)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(qiáng)環(huán)氧樹脂的 FRP，用這種材料模型成型的符合空氣動力學(xué)線型要求的車頭，具有優(yōu)異的抗沖擊能力，當(dāng)列車以速度行駛時(shí)有很好的尺寸穩(wěn)定性。

法國國營鐵路公司（SNCF）認(rèn)為對于未來的 TGV高速列車，考慮到迫切需要進(jìn)一步減輕車體質(zhì)量，采用碳和玻璃纖維強(qiáng)化環(huán)氧樹脂包覆發(fā)泡蜂窩材料芯 , 制造雙層掛車，并進(jìn)行線路運(yùn)行試驗(yàn)，對其耐火性、抗沖擊強(qiáng)度等進(jìn)行運(yùn)行測試，結(jié)果表明：

復(fù)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(qiáng)度大，用碳纖維復(fù)材預(yù)計(jì)可比鋁制車的質(zhì)量減少25?%；復(fù)合材料車體在振動性能、透聲性能和絕熱性能方面的優(yōu)點(diǎn)，提高了車體的舒適性。

泡沫鋁在車體中的應(yīng)用

 

泡沫鋁夾心高速列車車門高速列車廂體泡沫鋁復(fù)合內(nèi)襯（泡沫鋁與聚胺脂泡沫材料復(fù)合）高速列車車廂泡沫鋁夾心地板高速列車噪聲設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、中央空調(diào)等）用泡沫鋁隔音板與使用傳統(tǒng)蜂窩鋁材料相比，隔音、隔熱、隔震性能提高數(shù)倍，并可降低成本。

轉(zhuǎn)向架

 

能相對車體回轉(zhuǎn)的一種裝置 , 起支承車體、轉(zhuǎn)向和制動的作用，并保證機(jī)車車輛在軌道上安全平穩(wěn)地運(yùn)行。

提速使機(jī)車車輛的轉(zhuǎn)向架振動加劇，疲勞壽命和安全可靠性問題突出。多次出現(xiàn)電機(jī)懸掛的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架端梁斷裂和牽引拉桿斷裂等十分危險(xiǎn)的事故。

轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架是特別重要的高強(qiáng)度部件，關(guān)系到整個(gè)車輛安全性。轉(zhuǎn)向架必須滿足安全、運(yùn)行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求。

多采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金低碳高強(qiáng)度鋼、耐候鋼制造的構(gòu)架。近來研究熱點(diǎn)為高分子復(fù)合材料和鋁合金制造的構(gòu)架。

德國開發(fā)了世界上第一個(gè)纖維復(fù)合材料的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，并過了靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、運(yùn)行試驗(yàn)，運(yùn)營了 100 多萬 km 后檢測未現(xiàn)任何損壞、磨損或撕裂。

車輛內(nèi)裝及設(shè)備

 

車輛內(nèi)裝及設(shè)備主要有裝飾板、廁所、盟洗室、座椅及水箱等 ,?應(yīng)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(qiáng)塑料 ,?廁所、盟洗室、座椅及水箱還要考慮到衛(wèi)生和耐腐蝕性 ,?也以不燃性的為佳。

 

輪- 軌材料

 

輪 & 軸

 

當(dāng)列車的時(shí)速達(dá)到 300 公里時(shí)，高速列車車輪的雜質(zhì)含量必須嚴(yán)格控制。在鋼鐵冶煉的時(shí)候，就必須要求車輪鋼雜質(zhì)含量極低且分布均勻。由于車輪不過關(guān)，曾經(jīng)導(dǎo)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(shù)雖然不是特別尖端，但批量生產(chǎn)的時(shí)候單件產(chǎn)品質(zhì)量控制必須非常嚴(yán)格。

 

鋼軌

 

就線路而言 ,高速鐵路區(qū)別于一般鐵路最主要的特點(diǎn)是曲率半徑大、應(yīng)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(jìn)行研究 , 如非熱處理的 Cr-Mo。合金鋼軌除了有較高的循環(huán)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(diǎn)選擇對象之一。

此外 ,還應(yīng)從鋼軌鋼的強(qiáng)韌化和純凈化方面進(jìn)行努力大力發(fā)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(fā)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(yùn)輸，使弓網(wǎng)振動加劇，受流負(fù)荷加大，離線率增加造成電弧燒蝕，使接觸線出現(xiàn)大量硬點(diǎn)，弓網(wǎng)滑塊磨損進(jìn)一步加劇，甚至造成接觸線熔斷。

接觸網(wǎng)導(dǎo)線材料

 

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

隨著車速進(jìn)一步提高，導(dǎo)線材料已由單一材料向復(fù)合材料的方向發(fā)展，其中一個(gè)品種是鋼芯銅皮的銅—鋼復(fù)合材料。

受電弓滑板材料

 

受電弓滑板是機(jī)車供電系統(tǒng)中的重要集電元件 ,高速運(yùn)行的電力機(jī)車上的滑板一旦失效 ,?將嚴(yán)重危及行車安全 ,?因此要求它的使用必須經(jīng)濟(jì)安全 ,既對接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗小 ,自身有足夠的使用壽命 ,又不影響弓網(wǎng)關(guān)系。

目前 ,國內(nèi)外研究的浸金屬碳滑板已步入了實(shí)用化的階段 , 它主要是利用了碳滑板材料的多孔性質(zhì) ,?將熔融的銅或銅合金等高導(dǎo)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(qiáng)度高、抗彈撞擊力強(qiáng)的特點(diǎn) ,?成為最理想的滑板材料。

與此同時(shí) ,還應(yīng)加強(qiáng)碳纖維一金屬復(fù)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(xiàn)有的金屬滑板、碳滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板 ,其應(yīng)用前景十分廣闊。

 

無砟軌道系統(tǒng)

 

 

板式無砟軌道是由長鋼軌、扣件系統(tǒng)、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(jié)構(gòu)。

為了使板式軌道具有一定的彈性，并固定軌道結(jié)構(gòu)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(shí)消除混凝土構(gòu)件施工誤差。

作為緩沖充填材料，應(yīng)既有一定的彈性，又有一定的強(qiáng)度，水泥砂漿強(qiáng)度足夠高，但彈性不足，瀝青彈性好，但強(qiáng)度低，受溫度影響大，因此采用了將二者結(jié)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(yùn)專線需要的扣件在 6200-6600 套之間，以萬公里計(jì)算，高鐵共需要 9920-10560 萬套扣件，如果按照現(xiàn)在的 300 元左右的價(jià)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(shí)業(yè)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(tǒng)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(dá)十幾種。

聚氨酯、碳纖維復(fù)合材料、熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環(huán)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(wěn)定性好；配制砂漿外加水少，有利于防止砂漿泌水；與水泥、細(xì)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(qiáng)度及韌性，抗沖擊性能優(yōu)秀，并擁有良好粘結(jié)強(qiáng)度，優(yōu)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(yīng)用

 

 

由于高鐵采用無碴軌道，要求防護(hù)層不僅具有防水、防滲和抗裂等基本性能，還要能經(jīng)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(jié)力強(qiáng)，真正做到了整體防水，同時(shí)還具有優(yōu)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(hù)工程達(dá) 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(dá)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(qiáng)的硬質(zhì) PU 微孔彈性體，具有比強(qiáng)度大、減震、降噪、耐電氣絕緣、高耐久和環(huán)保等優(yōu)良性能。

在日本，塑料枕木的應(yīng)用歷史已超過年，且已應(yīng)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(yè)界高度關(guān)注，是全球 PU 材料界研究的一個(gè)熱點(diǎn)課題。根據(jù)國家發(fā)展高速鐵路長遠(yuǎn)計(jì)劃，為了適應(yīng)高速列車提速要求，開發(fā) PU 枕木以取代或部分取代混凝土枕木必將是未來發(fā)展趨勢。按國外經(jīng)驗(yàn)高速鐵路需用 1800 根左右軌枕計(jì)，則 7000km 高速鐵路 PU 枕木市場規(guī)模將達(dá)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(jī)會？

未來 3 年高速鐵路投資額度將達(dá)到億元以上，年均投資將超過億元，為高速鐵路系統(tǒng)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(yè)，國外的供應(yīng)商同樣嗅到了商機(jī)。德國巴斯夫公司專門組建了高速鐵路團(tuán)隊(duì)，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(shè)不僅僅給新材料企業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)會，同時(shí)也給新材料產(chǎn)業(yè)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(nèi)生產(chǎn)企業(yè)還不能滿足需求，主要從國外進(jìn)口。而美國杜邦公司的聚酯聚醚彈性體材料售價(jià)在每噸 10 萬元左右甚至更高。如果該材料實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，價(jià)格可以降低一半。

部分國內(nèi)高速鐵路用高分子材料生產(chǎn)廠商：南京聚隆科學(xué)技術(shù)股份有限公司、錦綸緊固件專用料、華東理工大學(xué)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(shí)代新材料科學(xué)技術(shù)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。