來自中國國家鐵路集團有限公司2019年統計公報的數據顯示,截至2019年末全國鐵路營業裡程13.9萬公裡以上,其中高鐵3.5萬公裡。
全國動車組運行圖(中國鐵路上海局集團有限公司 宋文斌製作)
目前我國鐵路規劃建設配套用尼龍工程塑料量為7t/km以上,僅緊固件一項就要用到5000 套/ km。高速鐵路的快速發展帶動了我國尼龍專用料需求量的快速增長。(數據來源《尼龍工程塑料在高鐵中應用》-鄭寧來)
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尼龍用於高速鐵路上可以有效解決機車抖動、噪音大的問題,並能確保軸距穩定,減少維修次數,特別是具有優良的抗振性,對保障高速鐵路機車的平穩運行至關重要。
與金屬部件比,尼龍部件具有質輕、防鏽、抗振、抗衝擊,長期熱穩定性和絕緣性好等特點,而且流動性高、加工性能優異,設計靈活性大,易於實現部件一體化,減少了部件數和組裝工序,提高了安裝效率,易維修。
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1940年5月,杜邦製作了以尼龍為材料的絲襪
國外先進國家在20 世紀70 年代就開始將改性尼龍工程塑料應用在鐵路軌道用的緊固件中。歷經30 多年使用和驗證,改性尼龍工程塑料已經廣泛應用到了軌距塊、擋板座和套筒等緊固件中。
國內和國外在PA上的應用有很大不同
國外比較傾向於原料化,即在生產的時候就考慮好使用用途,然後按照這個配方大批量生產,當遇到其他方面用途的時候再研發其他型號再次大批量生產,他們這種方法的好處就在於不需要進行工序複雜的改性,而是選擇相應牌號的原料即可,方便快捷但價格相對較高。
國內往往是生產好一大批通用型PA,各種性能都比較均衡,沒有什麼特別突出的亮點,是作為基料使用的。往往需要改性廠家根據製品廠家的物性要求進一步深加工,通過添加增強材料、增韌劑、阻燃劑、抗氧劑、相容劑等來提升相應的性能。
尼龍在鐵路軌道中的應用
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尼龍在彈條Ⅰ、Ⅱ型扣件系統中的應用
彈條Ⅰ、Ⅱ型扣件系統的尼龍擋板座的作用是保護軌枕擋肩、保持絕緣並保證軌距,這就要求所用材料具備高韌性、高強度和好的絕緣性能。
彈條Ⅰ型扣件系統實物圖
彈條Ⅰ型扣件系統示意圖
以PA66作為基材樹脂,利用複合增韌體系對其進行增韌,使複合材料具有高韌性的同時具備較高強度。使用這種材料製得的擋板座具備較高的低溫衝擊強度和較小的壓縮變形,目前已廣泛應用在全國鐵路幹線上。
尼龍擋板座(圖片來自江蘇海迅實業集團)
TB/T 1495.5-2003
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尼龍在彈條Ⅲ型扣件系統中的應用
彈條Ⅲ型扣件系統沒有螺栓也沒有擋肩。
彈條Ⅲ型扣件系統實物圖
彈條Ⅲ型扣件系統的絕緣軌距塊使用玻纖增強PA66,具備很高的強度,它保持軌距的能力遠大於彈條Ⅰ型、Ⅱ型扣件擋板座。以PA66為基體樹脂,用無鹼長玻璃纖維增強,同時用複合增韌劑增韌,利用玻纖增強PA66複合材料製成的絕緣軌距塊大幅提高了抗衝能力,保證了鐵道運輸的安全性。
尼龍軌距塊(圖片來自江蘇海迅實業集團)
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尼龍在鐵道岔枕套管上的應用
現在幾乎許多的高鐵都設計了新型鐵路道岔,都是採用的混凝土岔枕,岔枕當中配製的塑料絕緣套管,可以緩解由於列車提速對軌道造成的影響,它是鐵路岔枕的關鍵部件之一,對材料的性能要求苛刻,關係著道岔的使用時間和高鐵的安全的行駛,要求高強度、強韌性和絕緣等性能。
鐵道岔枕套管
塑料絕緣套管也是玻纖增強尼龍材料製造的。已經實現在京廣和隴海線上的全天候工作,其優越性是金屬材料不可比擬的。可以減少維修次數,良好的抗振性,對保障高鐵的平穩十分重要。
Q/CR485-2015混凝土岔枕用預埋塑料套管(Ⅲ型)
市場情況
目前,南京聚隆科技股份有限公司、河南神馬華威塑膠股份有限公司、株洲時代新材料科技股份有限公司等公司均已經布局軌道交通扣件系統PA66市場。
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南京聚隆
來自南京聚隆2019年度報告:2019年公司實現軌道交通扣件系統銷售額1.4億元,佔報告期內營業收入的14.78%,同比增長42.6%。
年報中還涉及到南京聚隆的研發投入項目:
軌道交通用耐候性尼龍材料的研發
解決尼龍材料在強紫外線環境下的使用缺陷,採用特定比例的受阻胺和紫外線吸收劑復配,然後與尼龍樹脂、玻璃纖維、無機礦物及其他加工助劑,經熔融共混擠出製得高耐候性增強增韌尼龍複合材料。利用抗紫外線助劑之間的協同效應,大幅提高材料的抗紫 外線性能,降低材料在長期光照情況下使用的性能劣化率,從而延長軌道扣件的使用壽命,更重要的是提 高軌道交通的安全性,經過改進的耐候性尼龍材料可以使軌道扣件的使用壽命延長10%以上。(來自南京聚隆2019年報)
該公司生產的高速鐵路尼龍專用料成功應用在京滬、秦沈、武廣、福廈、甬臺溫等高速鐵路,並有部分專用料先後出口到印度、伊朗和埃及等國。
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神馬華威
神馬華威也是高鐵尼龍領域的較早布局者之一,早在2007年12月,該公司的尼龍66高速鐵路系統工程塑料扣件專用材料產品就已經被研發出來,並被中國鐵路科學研究院鑑定為:完全符合技術要求,部分性能指標超越了國外跨國公司同類產品,被中國鐵路科學研究院指定為專用產品。
據慧聰網報導,2018年建設的溫州至福州高速鐵路系統採用該公司產品高達70%。
來自神馬華威2019年報顯示,公司約20%的營收來自於河北鐵科翼辰新材科技有限公司,而後者司的主營業務為鐵路扣件系統。
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時代新材
株洲時代新材料科技股份有限公司以高分子材料的研究及工程化推廣應用為核心,致力於從事軌道交通、 風力發電、汽車、高性能高分子材料等產業領域系列產品的研製、生產與銷售。
2016年10月,時代新材成功獲得滬昆鐵路雲南段、雲桂鐵路扣件精調項目訂單,需求總量達130萬件。
近年來,時代新材針對高鐵尼龍扣件產品,已建成從材料合成、改性到製品工業化製備的完整生產線,其生產的包括預埋套管、軌距擋板、絕緣軌距塊、調高墊板、精調件等在內的多種高鐵尼龍扣件產品,已大批量用於國內的高鐵線路建設。
年報數據顯示,2019年時代新材在軌道交通市場銷售收入25.54億元,較上年同期25.93億元基本持平。
隨著鐵路運輸的提速,高分子材料零部件在新型鐵路軌道中發揮著越來越大的作用。隨著塑料工業的飛速發展,材料改性與加工技術水平的不斷提高,PA66在鐵路軌道中的應用範圍將進一步擴大。
如果「蛋糕」還不夠大,還有鐵路機車內飾件呢?
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