高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用9月

Page

1高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用9月第1頁/共60頁P(yáng)age

2第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況主要內(nèi)容第一部分我國軌道交通發(fā)展概況第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展第四部分總結(jié)第2頁/共60頁P(yáng)age

3

中國鐵路迄今已有130多年的歷史：從其第一條營業(yè)性鐵路-上海吳淞鐵路(1876年)通車-136年

從其自辦的第一條鐵路-唐胥鐵路(1881年)通車-131年

除干線鐵路外，我國現(xiàn)還有:

地鐵、輕軌線路

磁懸浮線路

高鐵、動車線路等第一部分我國軌道交通發(fā)展概況上海吳淞鐵路(1876)我國軌道交通發(fā)展歷史第3頁/共60頁P(yáng)age

42001年12月18日，中國大陸第一條輕軌-長春輕軌一期工程試車成功。

1965年7月1日，中國第一條地鐵-北京地鐵動工，1969年10月1日建成通車。1965.2.4-毛澤東“二四”批示目前已批準(zhǔn)建軌道交通的城市有36個(gè)，到2020年，我國軌道交通里程將達(dá)到6000公里，在軌道交通方面投資將達(dá)4萬億。第一部分我國軌道交通發(fā)展概況

上海地鐵總長世界第一（424公里，倫敦415公里第二，紐約375公里第三2011年8月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。地鐵、輕軌第4頁/共60頁P(yáng)age

5世界上第一條投入商業(yè)運(yùn)營的高速磁懸浮系統(tǒng)-上海磁懸浮列車，最高時(shí)速430公里，滿載可乘坐959人。第一部分我國軌道交通發(fā)展概況2013年，湖南省張家界磁懸浮列車作為我國第一個(gè)中低速磁懸浮交通項(xiàng)目投入使用，最大運(yùn)行速度約每小時(shí)120公里，滿載可乘坐402人。上海磁懸浮列車張家界磁懸浮列車磁懸浮第5頁/共60頁P(yáng)age

6我國是世界上高速鐵路發(fā)展最快、系統(tǒng)技術(shù)最全、集成能力最強(qiáng)、運(yùn)營里程最長、運(yùn)營速度最高、在建規(guī)模最大的國家。第一部分我國軌道交通發(fā)展概況高鐵、動車第6頁/共60頁P(yáng)age

7

到2020年，加上其他新建鐵路和既有線提速線路，我國鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)將達(dá)到5萬公里以上，連接所有省會城市和50萬人口以上城市，覆蓋全國90%以上人口?！笆濉睍r(shí)期，仍然是鐵路建設(shè)加快推進(jìn)的時(shí)期。“十二五”末全國鐵路運(yùn)營里程將由2010年的9.1萬公里增加到12萬公里左右。預(yù)計(jì)到2015年，全國鐵路客運(yùn)量將達(dá)到30億人，貨運(yùn)量達(dá)到48億噸，與2010年相比，分別增長78.6%、32.2%。

從2010年起至2040年,將全國主要省市區(qū)連接起來,形成國家網(wǎng)絡(luò)大框架；從2040年起至2070年,最遲到2100年前全部建成。實(shí)現(xiàn)東部加密、西部連通成網(wǎng)(即連通西部主要交通樞紐),連接全國主要交通節(jié)點(diǎn)城市和旅游景點(diǎn),使西部地區(qū)主要城市可通達(dá)任何沿海省區(qū)。第一部分我國軌道交通發(fā)展概況我國軌道交通發(fā)展規(guī)劃第7頁/共60頁天然橡膠（NR）、順丁橡膠（BR）丁苯橡膠（SBR）、三元乙丙橡膠（EPDM）氯丁橡膠（CR）、丁腈橡膠（NBR）聚氨酯橡膠（PU）、氟橡膠（FKM）聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）聚碳酸酯（PC）聚酰胺（PA）、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）丙烯纖維（丙綸）、聚丙烯腈纖維（腈綸）聚酯纖維（滌綸）、尼龍纖維（錦綸）第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況1.橡膠類按材質(zhì)分類分為3大類2.塑料類3.纖維類第8頁/共60頁第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類轉(zhuǎn)向架橡膠減振器客車橡膠止擋電力機(jī)車減振墊底座錐形減振器6.內(nèi)裝類空氣彈簧系統(tǒng)球鉸產(chǎn)品第9頁/共60頁按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類6.內(nèi)裝類內(nèi)燃機(jī)車油氣分離器膠管制動機(jī)橡膠膜板制動器防塵套制動閥座墊第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況第10頁/共60頁按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類6.內(nèi)裝類第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況內(nèi)燃機(jī)車耐高溫硅膠管內(nèi)燃機(jī)車耐油膠管、制動軟管第11頁/共60頁按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類6.內(nèi)裝類斜楔磨耗板緩沖器側(cè)面磨耗板第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況第12頁/共60頁按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類6.內(nèi)裝類耐高壓絕緣線圈環(huán)氧樹脂浸漬處理后的電機(jī)聚酰亞胺黃金膜第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況第13頁/共60頁按產(chǎn)品功能分為6大類1.減振類2.密封類3.膠管類4.摩擦類5.絕緣類6.內(nèi)裝類芳綸紙蜂窩板動車組用復(fù)合板阻尼隔音片材玻璃鋼窗板酚醛樹脂發(fā)泡頂板玻纖增強(qiáng)發(fā)泡風(fēng)道第二部分高分子材料在軌道交通領(lǐng)域中的應(yīng)用概況第14頁/共60頁P(yáng)age

15第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列高反式異戊橡膠1（1）研究背景球鉸產(chǎn)品空氣彈簧產(chǎn)品低生熱、高回彈、耐疲勞橡膠材料是保證軌道交通彈性元件穩(wěn)定性的一個(gè)必要因素同時(shí)也是高性能橡膠材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。第15頁/共60頁P(yáng)age

16第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列高反式異戊橡膠1（2）設(shè)計(jì)思路天然橡膠(NR)98??2異戊橡膠(IR)(鋰)92(齊)97??2?63高反式異戊橡膠(TPI)97TPI兼具橡塑雙重特性：反式鏈節(jié)等同周期短，常溫下以折疊鏈形式存在，當(dāng)溫度低于60℃即結(jié)晶，是一種具有高硬度和高拉伸強(qiáng)度的結(jié)晶聚合物；當(dāng)溫度高于60℃時(shí)結(jié)晶便軟化，能夠通過硫化交聯(lián)成為柔軟的彈性體。因此，TPI可作為一種理想的高回彈橡膠改性劑。第16頁/共60頁P(yáng)age

17第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列高反式異戊橡膠1（3）技術(shù)亮點(diǎn)NR/TPI并用CR/TPI并用將TPI加入到天然橡膠（NR）、氯丁橡膠（CR）中，均大大提高了橡膠體系的疲勞性能第17頁/共60頁P(yáng)age

18第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列高反式異戊橡膠1（4）產(chǎn)品應(yīng)用檢測項(xiàng)目檢驗(yàn)結(jié)果未加入TPI加入TPI徑向剛度(徑向加載30kN，計(jì)算(0-26)kN之間的剛度)23.9kN/mm23.3kN/mm疲勞試驗(yàn)(徑向加載±15kN，頻率3.2Hz，疲勞試驗(yàn)250萬次)160萬次時(shí)樣品現(xiàn)裂紋（尺寸35mm×5mm）250萬次疲勞試驗(yàn)后樣品完好疲勞后徑向剛度變化率21.1%3.2%NR/TPI共混料所制球鉸疲勞性能空氣彈簧技術(shù)要求項(xiàng)點(diǎn)EN13597指標(biāo)TMT配方EN檢測標(biāo)準(zhǔn)低溫（TR10）≤-35℃-40℃ISO2912臭氧（50pphm,0-20%,40℃,168h）160小時(shí)無龜裂180小時(shí)無龜裂ISO1431-2耐油（IRM902，70℃，72h）質(zhì)量變化≤170g/m2+168g/m2ISO1817耐洗滌劑(5%草酸，50℃，72h)硬度變化不超過±5度-5度ISO1817耐磨（相對體積磨耗）≤200mm3106mm3ISO4649層間粘合強(qiáng)度≥6N/mm8~10N/mmISO36采用TPI配方制備的球鉸及空氣彈簧產(chǎn)品均顯示出非常優(yōu)異的機(jī)械性能，滿足全部技術(shù)要求第18頁/共60頁P(yáng)age

19第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列高反式異戊橡膠1（5）技術(shù)水平空氣彈簧產(chǎn)品已完成國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，并成功進(jìn)軍海外市場（英國、德國、意大利、印度、馬拉西亞……）第19頁/共60頁P(yáng)age

20第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列小分子雜化鹵化丁基橡膠2（1）研究背景橡膠材料阻尼特性一直以來是一項(xiàng)重要的研究課題，同時(shí)高阻尼橡膠也是目前發(fā)展高性能減震降噪材料的重點(diǎn)發(fā)展方向

減振降噪阻尼橡膠材料在軌道車輛的應(yīng)用第20頁/共60頁P(yáng)age

21

異丁烯結(jié)構(gòu)單元有對稱甲基且結(jié)構(gòu)單元比例超過97%，因而丁基橡膠內(nèi)耗峰既高且寬，可作為一種理想選材；由于小分子和極性高聚物之間會形成可逆的氫鍵，氫鍵在振動下會不斷斷裂和形成新鍵，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散，因而對丁基橡膠進(jìn)行小分子雜化鹵化是提高其阻尼性的有效途徑；

利用多層雜化材料疊加來有效的拓寬材料的有效阻尼溫域,通過控制復(fù)合材料的層狀結(jié)構(gòu)和數(shù)量將可獲得更高阻尼值。第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列小分子雜化鹵化丁基橡膠2（2）設(shè)計(jì)思路第21頁/共60頁P(yáng)age

22WuCFetal.J.Polym.Sci.B:Polym.Phys.2000,38(10)第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列小分子雜化鹵化丁基橡膠2（3）技術(shù)亮點(diǎn)疊加層數(shù)對CIIR/PVAc交替多層阻尼性能的影響

將不同的阻尼材料交替層狀排列。在震動場中，層界面產(chǎn)生摩擦和滑移，各層產(chǎn)生剪切形變；使分子鏈間摩擦損耗增加，進(jìn)而更有效的將外部震動能轉(zhuǎn)化為熱能或其他形式的能量耗散掉，表現(xiàn)出優(yōu)異的阻尼性能。第22頁/共60頁P(yáng)age

23

第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展1.改性橡膠系列小分子雜化鹵化丁基橡膠2（4）產(chǎn)品應(yīng)用

目前，微納層狀結(jié)構(gòu)阻尼材料已應(yīng)用電機(jī)的減震降噪，效果良好金風(fēng)電機(jī)阻尼材料的應(yīng)用南陽箱式電機(jī)阻尼材料的應(yīng)用第23頁/共60頁P(yáng)age

24緩沖器種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)代表型號摩擦式鋼彈簧性能可靠，適應(yīng)范圍較廣重量較大、容量偏低、初始沖擊力太大Mark50、MT-2、MT-3液壓緩沖器容量較大(>100kJ)、高低溫剛度特性曲線較好液壓阻尼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封可靠性要求高

、價(jià)格昂貴LPD型橡膠緩沖器吸收性能好

、結(jié)構(gòu)較簡單，制造方便，檢修容易容量偏低、耐環(huán)境性差SL-76、MX-1彈性膠泥緩沖器低阻抗、耐高速沖擊、能量吸收率高和容量大結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度高，價(jià)格昂貴HM-1組合式緩沖器組合兩種緩沖器優(yōu)點(diǎn)，性能得到優(yōu)化結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造、檢修難度大、價(jià)格高M(jìn)arkH60、Mark500常見緩沖器的優(yōu)缺點(diǎn)比較第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展2.聚醚酯熱塑性彈性體（1）研究背景結(jié)構(gòu)簡單、大容量的彈性緩沖元件是今后的發(fā)展方向之一第24頁/共60頁P(yáng)age

25熱塑性聚醚酯彈性體（TPEE）第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展2.聚醚酯熱塑性彈性體（2）設(shè)計(jì)思路分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)性能特點(diǎn)1聚酯作為硬段較高機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性能2聚醚做為軟段較高回彈性能和耐低溫性能3嵌段共聚高強(qiáng)和高彈完美結(jié)合并且可回收利用4嵌段軟硬段比例可調(diào)硬度、性能、可調(diào)可控?zé)崴苄詮椥泽w（第三代橡膠），一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性的材料，熱塑性彈性體在室溫下顯示橡膠彈性，在高溫下又能塑化成。針對TPEE的大分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對材料配方和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，將可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)緩沖器的大容量和結(jié)構(gòu)簡單化第25頁/共60頁P(yáng)age

26第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展材料配方選用常規(guī)TPEE基體樹脂加入成核劑、第三反應(yīng)單體進(jìn)行微交聯(lián)，提供高強(qiáng)高彈性能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成型工藝獨(dú)特“U”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了材料、結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)載荷和回彈性能完美效果擠出成型解決厚壁制品加工過程缺陷，實(shí)現(xiàn)了加工過程中工藝可控和質(zhì)量可控把材料高強(qiáng)高彈性能和結(jié)構(gòu)承載完美地結(jié)合在一起，制備出理想的緩沖彈性元件（3）技術(shù)亮點(diǎn)2.聚醚酯熱塑性彈性體第26頁/共60頁P(yáng)age

27第三部分（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展2.聚醚酯熱塑性彈性體TMTTPEE車鉤緩沖墊TMT12片裝壓縮曲線時(shí)代新材TPEE車鉤緩沖期具有較高的載荷和容量，各項(xiàng)產(chǎn)品性能均滿足使用要求熱老化前后載荷曲線酸老化前后載荷曲線堿老化前后載荷曲線鹽霧老化前后載荷曲線機(jī)油老化前后載荷曲線第27頁/共60頁P(yáng)age

28第三部分（5）技術(shù)實(shí)力軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展2.聚醚酯熱塑性彈性體TMT與國外樣品50℃載荷曲線TMT與國外樣品-30℃載荷曲線8片組裝TMT樣品低溫載荷曲線8片組裝國外樣品低溫載荷曲線TMT樣品與國外樣品蠕變曲線TPEE車鉤緩沖墊先前只有德國Durel公司和美國Miner公司掌握此項(xiàng)技術(shù)。目前，時(shí)代新材歷經(jīng)2年研發(fā)成功，成為第3家能生產(chǎn)該類型產(chǎn)品的公司。經(jīng)各方面性能比較得出，時(shí)代新材TPEE車購緩沖器產(chǎn)品的載荷和回彈性均優(yōu)于國外樣品。TMT多片組裝樣品TMTTPEE車鉤緩沖墊產(chǎn)品性能第28頁/共60頁P(yáng)age

29第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展鐵路牽引系統(tǒng)電子電氣元件采用表面貼裝技術(shù)組裝，對元件和線路板材料耐回流性和尺寸穩(wěn)定性提出更高要求；為減少環(huán)境污染，用不含鉛焊錫。新型的焊錫為錫-銅-銀焊錫，熔點(diǎn)為215℃，熔點(diǎn)提高了30℃。（1）研究背景3.耐高溫尼龍第29頁/共60頁P(yáng)age

30第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（2）設(shè)計(jì)思路在聚酰胺大分子主鏈中引入剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，將有助于尼龍耐高溫性能的顯著提升。3.耐高溫尼龍第30頁/共60頁P(yáng)age

31第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（3）技術(shù)亮點(diǎn)解決了3個(gè)制備難點(diǎn)問題1、預(yù)聚合時(shí)的下出料問題2、高溫下聚合容易氧化3、低溫聚合容易固化低溫下可以順利出料，得到預(yù)聚物反應(yīng)條件溫和所得產(chǎn)品不容易氧化經(jīng)過2年的探索和聚合工藝優(yōu)化3.耐高溫尼龍第31頁/共60頁P(yáng)age

32性能時(shí)代新材耐高溫尼龍普通尼龍66熔點(diǎn)/oC290260玻璃化轉(zhuǎn)變溫度/oC13260起始分解溫度/oC458407拉伸強(qiáng)度/MPa96.3473.64伸長率/%9.0021.47彎曲強(qiáng)度/MPa96.8565.4彎曲模量/MPa29001932沖擊強(qiáng)度/kJ.m-27.44.7熱變形溫度/oC,1.8MPa9573第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（3）技術(shù)亮點(diǎn)時(shí)代新材耐高溫尼龍各項(xiàng)指標(biāo)均明顯優(yōu)于普通尼龍3.耐高溫尼龍第32頁/共60頁P(yáng)age

33第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展4.芳綸對絕緣材料的要求期望提升的性能1無鹵阻燃有利于提升材料的環(huán)保性2耐高溫有利于提升材料的使用熱穩(wěn)定性3具備良好的電氣絕緣性能有利于提升材料的使用安全性4具備良好的機(jī)械性能有利于提升材料的使用強(qiáng)度5與變壓器油具有良好的相容性有利于提升變壓器運(yùn)行環(huán)境及其使用壽命（1）研究背景目前，軌道交通正朝著高速、安全、舒適的方向快速發(fā)展，這也對新一代高速列車變壓器用絕緣材料提出了如下更高的要求:植物纖維材料T4紙板耐溫等級低需外加阻燃劑缺點(diǎn)：兼具無溶劑、無鹵阻燃、高強(qiáng)特性的變壓器用絕緣材料必將是今后的發(fā)展方向第33頁/共60頁P(yáng)age

34第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展4.芳綸（2）設(shè)計(jì)思路無鹵阻燃芳綸材料具有良好的阻燃性能，無需添加阻燃助劑，環(huán)保性好耐溫等級高相容性芳綸材料的熱分解溫度在370℃以上，在220℃可長期使用，尺寸穩(wěn)定性高成型制備過程無需使用其它體系膠黏劑芳綸厚板采用高性能芳綸纖維及合適的成型工藝，制備出高絕緣等級的絕緣材料芳綸1313全球主要供應(yīng)商為：美國杜邦、煙臺泰和、日本帝人第34頁/共60頁P(yáng)age

35通過對樹脂體系選型和制備工藝的不斷優(yōu)化，最終制備出理想的變壓器用絕緣材料，具備4個(gè)特點(diǎn)：解決了3個(gè)制備難點(diǎn)問題1、如何制備出滿足絕緣性能需求的芳綸樹脂？2、如何制備出最優(yōu)的芳綸基材？3、尋找合適的成型方法？第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展4.芳綸（3）技術(shù)亮點(diǎn)耐高溫，絕緣等級高（C級以上）；自身具有良好的阻燃性（V-0級）；絕緣性能好，介電強(qiáng)度高；

與變壓器油具有良好的相容性。第35頁/共60頁P(yáng)age

36第三部分時(shí)代新材芳綸材料制備的芳綸厚板具有高耐熱性、良好的絕緣性能及高溫穩(wěn)定性。4.芳綸（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展序號檢驗(yàn)項(xiàng)目性能指標(biāo)1拉伸強(qiáng)度，MPa87.82層間脫落強(qiáng)度，N/10mm1.573耐折強(qiáng)度試樣彎折200次未斷裂4耐彎曲性（彎曲試驗(yàn)）縱向2mm彎曲性通過橫向5壓縮率，%126熱分解溫度，℃3707吸水度，mm/10min縱向14.0橫向16.58絕緣破壞強(qiáng)度S,Kv/mm25.69介電常數(shù)，%真空2.91非真空2.8910熱穩(wěn)定性（加熱劣化率），%-2.1第36頁/共60頁P(yáng)age

37對比項(xiàng)目芳綸厚板（1.6mm）T4紙板（1.6mm）對比結(jié)論耐溫等級C級以上A級耐溫等級高阻燃性本體阻燃本體不阻燃阻燃性好絕緣破壞強(qiáng)度≥20kV/mm≥12kV/mm絕緣性好灰分≤0.5%≤3%雜質(zhì)含量低壓縮性12%10%吸油性15.7%11%拉伸強(qiáng)度87.8MPa75MPa第三部分時(shí)代新材芳綸厚板，在和常規(guī)紙板的對比中，其耐溫等級、阻燃性、絕緣破壞強(qiáng)度性能等方面顯示出較大優(yōu)勢：（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展4.芳綸第37頁/共60頁P(yáng)age

38第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展5.改性超高分子量聚乙烯對支座滑移材料的要求期望達(dá)到的效果1低摩擦系數(shù)減少滑移發(fā)熱2更低的線磨耗率延長支座使用壽命3更高的承載能力提高支座設(shè)計(jì)自由度，增加安全系數(shù)4單位密度低有利于降低支座制造成本（1）研究背景隨著國家第六次鐵路大提速以及高速鐵路的迅猛發(fā)展，高速鐵路必須使用橋梁支座，因此，對高速鐵路橋梁支座滑移材料提出了更高的要求，主要包括以下4個(gè)方面:2007年，時(shí)代新材聯(lián)合ALGA公司設(shè)計(jì)開發(fā)CKPZ盆式橡膠支座，引進(jìn)改性超高分子量聚乙烯（UHMWPE）用于客運(yùn)專線橋梁支座滑移材料，價(jià)格昂貴、供貨周期長，嚴(yán)重制約中國高速鐵路發(fā)展，自主研發(fā)勢在必行。盆式橡膠支座結(jié)構(gòu)圖

第38頁/共60頁P(yáng)age

39第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（2）設(shè)計(jì)思路質(zhì)輕選用UHMWPE材料，密度低、強(qiáng)度以及模量相對較高，良好的自潤滑性能低磨高承載制備復(fù)合耐磨劑，改變摩擦機(jī)理，降低材料摩擦系數(shù)與線磨耗率，提高使用壽命通過添加導(dǎo)熱劑、交聯(lián)劑等助劑，減小材料蠕變，提高材料承載能力橋梁支座滑移材料通過對UHMWPE材料配方體系與成型工藝研究，制備滿足高速鐵路橋梁支座用低磨、高承載、長累積位移的理想滑移材料。5.改性超高分子量聚乙烯第39頁/共60頁P(yáng)age

40通過對材料體系選型和制備工藝的不斷優(yōu)化，最終制備出理想的橋梁支座滑移材料，具備5個(gè)特點(diǎn)：解決了3個(gè)制備難點(diǎn)問題1、研究合適的復(fù)合耐磨劑體系2、材料綜合性能與承載能力的平衡點(diǎn)3、如何消除產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力？第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（3）技術(shù)亮點(diǎn)較低的密度（約0.935g/cm3），相較于PTFE（約2.16g/cm3）減重優(yōu)勢明顯；材料力學(xué)性能明顯優(yōu)于PTFE材料；摩擦性能優(yōu)于PTFE材料數(shù)十倍，使用壽命大幅提高；更高的承載能力，大幅提高設(shè)計(jì)自由度；產(chǎn)品一次成型，減少產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，避免二次成型后嚴(yán)重翹曲變形。5.改性超高分子量聚乙烯第40頁/共60頁P(yáng)age

41項(xiàng)目技術(shù)要求檢測結(jié)果是否達(dá)標(biāo)密度，g/cm30.93~0.980.937是拉伸強(qiáng)度，MPa≥30＜6mm是斷裂伸長率，%≥250%無變形是拉伸彈性模量，MPa680~1020708是球壓痕硬度，MPa26.4~39.6無變形是摩擦系數(shù)≤0.00830是線磨耗率，μ/km≤5不燃是第三部分時(shí)代新材研發(fā)的改性UHMWPE材料用于高速鐵路橋梁支座耐磨滑塊，各項(xiàng)性能明顯高于產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，承載能力相當(dāng)或優(yōu)于進(jìn)口樣品，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的PTFE滑塊。（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展5.改性超高分子量聚乙烯第41頁/共60頁P(yáng)age

42對比項(xiàng)目測試標(biāo)準(zhǔn)時(shí)代新材滑塊進(jìn)口滑塊PTFE滑塊密度，g/cm3GB/T10330.9370.9402.156拉伸強(qiáng)度，MPaGB/T104040.837.443.5斷裂伸長率，%GB/T1040326290350拉伸彈性模量，MPaGB/T1040708820450壓縮強(qiáng)度，MPaGB/T104134.532.629.7彎曲強(qiáng)度，MPaGB/T9341181513.3彎曲模量，MPaGB/T9341762685395沖擊強(qiáng)度，-60℃，MPaASTMD4020NBNB17.3球壓痕硬度，MPaGB/T339836.433.626.1摩擦系數(shù)TB/T23310.0030.0030.007線磨耗率，μ/kmTB/T23310.02（50km）＜1（50km）14.64（1km）第三部分時(shí)代新材自主研發(fā)的改性UHMWPE耐磨滑塊，力學(xué)性能相當(dāng)或優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品，線磨耗率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的PTFE滑塊。（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展5.改性超高分子量聚乙烯第42頁/共60頁P(yáng)age

43第三部分時(shí)代新材生產(chǎn)的改性UHMWPE橋梁滑塊已廣泛應(yīng)用于武廣、京滬、夏深等客運(yùn)專線以及其他高速鐵路，打破了國外技術(shù)壟斷，在國內(nèi)率先通過50km長期磨耗測試，大幅降低了支座成本。材料研制與“一步法”成型技術(shù)及設(shè)備通過由毛炳權(quán)院士牽頭組織的省部級科技成果鑒定。（5）技術(shù)實(shí)力軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展豐富的產(chǎn)品種類產(chǎn)品尺寸規(guī)格：1700*1700mm1400*2000mm厚度以及小于上述規(guī)格產(chǎn)品可定制生產(chǎn)。先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備擁有進(jìn)口生產(chǎn)線2條以及配套設(shè)備20余臺，可年產(chǎn)橋梁支座滑塊400噸以上。領(lǐng)先的檢測技術(shù)52MN橋梁支座臺架試驗(yàn)機(jī)（國際先進(jìn)）28通道加載組合疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)5.改性超高分子量聚乙烯第43頁/共60頁P(yáng)age

44第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展6.阻燃增強(qiáng)泡沫對內(nèi)飾材料的要求期望提升的性能1輕質(zhì)高強(qiáng)有利于降低整車負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)更快車速2阻燃、低煙低毒有利于乘客安全性的提高3具備良好的吸隔聲性能有利于乘客舒適性的改善4可進(jìn)行弧度造型并減少連接件的使用有利于車內(nèi)美觀性的提升5具有一定的保溫性提高空調(diào)使用效率，更加節(jié)能6可回收利用有利于整體環(huán)境保護(hù)（1）研究背景目前，軌道交通正朝著高速、安全、舒適的方向快速發(fā)展，因此新一代列車內(nèi)飾件產(chǎn)品對其材料也提出越來越高的要求主要包括以下6個(gè)方面:第44頁/共60頁P(yáng)age

45第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展6.阻燃增強(qiáng)泡沫（1）研究背景軌道交通常見內(nèi)飾材料普通金屬鋁合金鋁蜂窩芳綸紙蜂窩不銹鋼聚氯乙烯泡沫環(huán)氧玻璃鋼不飽和聚酯玻璃鋼酚醛玻璃鋼聚氨酯泡沫玻璃鋼蜂窩材料泡沫材料承載能力強(qiáng)比強(qiáng)度和比剛度大重量非常輕阻燃性能優(yōu)良容易受剪剝離破壞安裝不方便且芳綸價(jià)格昂貴粘接面大不易板芯剝離重量大重量仍然較大價(jià)格比較昂貴優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)難以達(dá)到理想的阻燃性能兼具阻燃、輕質(zhì)、高強(qiáng)特性的軌道交通內(nèi)飾材料必將是今后的發(fā)展方向第45頁/共60頁P(yáng)age

46第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展6.阻燃增強(qiáng)泡沫（2）設(shè)計(jì)思路阻燃選用苯環(huán)密度較高的高分子基體，增加燃燒時(shí)的成炭幾率，實(shí)現(xiàn)良好的阻燃效果輕質(zhì)高強(qiáng)采用閉孔發(fā)泡工藝，合成阻燃泡沫，同時(shí)賦予材料良好的隔熱、隔聲屬性通過在體系中填充玻纖、填料等改性助劑，實(shí)現(xiàn)阻燃泡沫的高強(qiáng)度、高韌性阻燃增強(qiáng)泡沫把發(fā)泡工藝和纖維增強(qiáng)工藝完美地結(jié)合在一起，將能制備出理想的內(nèi)飾材料第46頁/共60頁P(yáng)age

47通過對樹脂體系選型和制備工藝的不斷優(yōu)化，最終制備出理想的阻燃增強(qiáng)泡沫材料，具備5個(gè)特點(diǎn)：解決了3個(gè)制備難點(diǎn)問題1、如何實(shí)現(xiàn)玻璃纖維的均勻分散？2、如何實(shí)現(xiàn)發(fā)泡和固化過程協(xié)同進(jìn)行？3、如何消除發(fā)泡體固化過程中的內(nèi)應(yīng)力？第三部分軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展6.阻燃增強(qiáng)泡沫（3）技術(shù)亮點(diǎn)穩(wěn)定的泡孔尺寸，實(shí)現(xiàn)密度的大幅下降（最低可降至0.1g/cm3），減重優(yōu)勢明顯；均勻的纖維分布，

使外力均勻分散，實(shí)現(xiàn)高比強(qiáng)度和比模量；均一的閉孔結(jié)構(gòu)，

保證了良好的保溫性能和隔聲性能；采用熱固化工藝，實(shí)現(xiàn)良好的3D造型，保證構(gòu)件的整體成型；容易磨碎回收，可作為理想的無鹵阻燃填料循環(huán)再利用。第47頁/共60頁P(yáng)age

48項(xiàng)目動車地板技術(shù)要求檢測結(jié)果是否達(dá)標(biāo)表面載荷350kg/m2，無塑性變形無變形是表面撓度≤9mm，350kg/m2＜6mm是點(diǎn)載荷1500N/Ф25mm，無塑性變形無變形是鋼球沖擊塑性變形塑性變形≤0.7mm；表面覆革，Ф10mm鋼球，0.513kg，1000mm高度，10次試驗(yàn)取平均值≤0.3mm是高跟鞋載荷無塑性變形；表面覆革，80kg，29.04mm2（約6.5mmx4.5mm）無變形是氧指數(shù)≥28%30是45°角難燃附錄A-極其難燃，TB/T3138-2006不燃是阻燃級別滿足DIN5510-2各項(xiàng)指標(biāo)S4，SR2，ST2，F(xiàn)ED(15min)=0.028是隔音量≥23.8dB28dB是甲醛釋放量<1.5mg/L，TB/T3139-20060.2是第三部分僅以內(nèi)飾件中承載要求最高的地板為例，由時(shí)代新材阻燃增強(qiáng)泡沫制備的輕質(zhì)動車地板滿足了包括機(jī)械性能、隔聲性能、防火性能在內(nèi)的所有要求。6.阻燃增強(qiáng)泡沫（4）產(chǎn)品應(yīng)用軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展第48頁/共60頁P(yáng)age

49對比項(xiàng)目時(shí)代新材輕質(zhì)板鋁蜂窩板膠合板對比結(jié)論重量7.5kg/m28.6kg/m219.5kg/m2減重效果明顯導(dǎo)熱系數(shù)＜0.05W/(m?K)＜

0.15W/(m?K)＜

0.11W/(m?K)保溫性能相對最優(yōu)平均隔聲量28dB27dB27dB隔聲效果相當(dāng)安裝速度快較慢快安裝較方便燃燒性能不燃級不燃級難燃級最高防火等級吸水后長度增加量（24h@23℃）0.20%0.25%0.23%尺寸穩(wěn)定吸水后質(zhì)量增加量（24h@23℃）0.14%0%9.57%吸水率低；無膠合板易吸水腐爛缺點(diǎn)彎曲強(qiáng)度40.2MPa8MPa44MPa中等彎曲模量1.44GPa0.2GPa1.07GPa剛度大第三部分時(shí)代新材輕質(zhì)地板，在和常規(guī)軌道車輛地板的對比中，其減重、保溫、安裝速度、防潮性能等方面均顯示出一定優(yōu)勢：（4）產(chǎn)品應(yīng)用6.阻燃增強(qiáng)泡沫軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展第49頁/共60頁P(yáng)age

50第三部分阻燃增強(qiáng)泡沫已成功應(yīng)用于多種車型的內(nèi)飾件制造，如風(fēng)道、頂板、窗板、地板等。此前，該項(xiàng)技術(shù)一直為國外公司（瑞典ACT、ARTBOARD等）所壟斷，時(shí)代新材為國內(nèi)首家具備此類材料生產(chǎn)能力的企業(yè)。（5）技術(shù)實(shí)力6.阻燃增強(qiáng)泡沫軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展第50頁/共60頁P(yáng)age

51第三部分7.微孔發(fā)泡聚氨酯軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（1）研究背景

現(xiàn)代鐵路運(yùn)營模式以高速、高密度和重載荷為基本模式。這種模式要求鐵路提供良好的穩(wěn)定性和合理的線路彈性，并具備少維修的特點(diǎn)。彈性鋼軌扣件系統(tǒng)是解決現(xiàn)代鐵路平穩(wěn)運(yùn)行的主流方法，而軌下彈性墊板是彈性鋼軌扣件系統(tǒng)的重要部件之一。第51頁/共60頁彈性（動、靜剛度）：提供軌道結(jié)構(gòu)中所必需的支承，緩沖和減振。阻尼特性（力學(xué)損耗）：在列車載荷反復(fù)作用下，可將動能轉(zhuǎn)化為熱能散失掉，起到減振、降低噪音的作用。力學(xué)強(qiáng)度：軌下膠墊正常工作所必須具有的特性。電絕緣性：提供必要的電絕緣性，確保軌道信號正常傳輸，并且保證鋼軌與大地之間絕緣，不使軌道電路電流泄漏。耐摩擦性：提供適當(dāng)?shù)哪Σ亮?，限制鐵軌的縱向蠕動，防止鐵軌扭曲。耐動態(tài)疲勞性能和耐環(huán)境性（耐侯、耐油、耐水、耐酸堿、耐高低溫性等），確保軌下膠墊具有一定的使用壽命。彈性墊層剛度波動要小，彈性要均勻，狀態(tài)要保持持久，要便于結(jié)構(gòu)的檢查與維護(hù)。彈性墊板關(guān)鍵性能分析第三部分7.微孔發(fā)泡聚氨酯軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（1）研究背景找到一種合適的材料滿足全部要求將成為解決問題的關(guān)鍵第52頁/共60頁耐磨性磨耗值/mg聚氨酯0.5～3.5NBR146PA49氯丁膠280聚氨酯普通橡膠拉伸強(qiáng)度/MPa50～6020～30撕裂強(qiáng)度/N/mm52.5～704～20耐低溫性能/℃-60-40耐油性能/體積變化率-0.5-3.8（丁腈橡膠）優(yōu)異的耐磨性，為天然橡膠的2-10倍；吸振、抗輻射性能好。較高的強(qiáng)度和彈性，可在較寬的硬度范圍內(nèi)保持較高的彈性；一般無需增塑劑可達(dá)到所需的低硬度，因而無增塑劑遷移

帶來的問題；在相同硬度下，比其它彈性體承載能力高；耐低溫、耐臭氧性能優(yōu)良；耐油脂及耐化學(xué)品性優(yōu)良；芳香族聚氨酯耐輻射；耐氧性和耐臭氧性能優(yōu)良；綜上所述，聚氨酯是軌下彈性墊板的一種理想選材聚氨酯材料的特點(diǎn)：第三部分7.微孔發(fā)泡聚氨酯軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（2）設(shè)計(jì)思路第53頁/共60頁交聯(lián)度低交聯(lián)度高

第三部分7.微孔發(fā)泡聚氨酯軌道交通領(lǐng)域用新型高分子材料研究進(jìn)展（2）設(shè)計(jì)思路耐300萬次疲勞試驗(yàn)是材料配方體系和成型工藝條件綜合作用的結(jié)果！聚氨酯由長鏈段原料（軟段）與短鏈段原料（硬段）聚合而成，是一種嵌段聚合物。軟段相區(qū)主要影響材料的彈性及低溫性能，硬段對材料的力學(xué)性能，特別是拉伸強(qiáng)度、硬度和抗撕裂強(qiáng)度有重要影響，通過對軟硬段的選取和設(shè)計(jì)可獲得聚氨酯的獨(dú)特柔韌性和寬范圍的物性。分子鏈段設(shè)計(jì)

催化劑：確保高分子鏈的增長速度與氣泡生成速度相匹配；