高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时 200 公里以上或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时 250 公里以上的铁路系统。

 

世界高铁发展状况

 

 

世界第一条高速铁路——日本新干线于 1964 年成功运营，最高时速 300 公里 , 运营速度 210 公里。？ 目前已有个国家和地区共 14，000 余公里高速铁路投入运营。

 

 

我国高速铁路现状

 

目前，中国大陆投入运营的高速铁路已达到 6920 公里我国高速铁路运营里程居世界第一位，其中：新建时速～ 350 公里的高速铁路有 4044 营业公里，既有线提速达到时速 200 ～ 250 公里的高速铁路有 2876 营业公里，正在建设中的高速铁路有 1 万多公里，全国铁路每天开行高速列车列左右，平均上座率达到 101.7%，高速铁路为广大旅客创造了美好生活。

中国大陆目前已开通的高铁线路

 

2008年8月1日，京津城际高铁通车

2009年4月1日，石太客运专线通车

2009年9月28日温福、甬台温铁路通车

2009年12月26日，武广高铁建成通车

2010年1月28日，郑西高铁相继建成通车

2010年4月26日，福厦高铁通车

2010年5月1日，成灌高铁通车

2010年7月1日，沪宁高铁通车

2010年9月20日，昌九城际高铁通车

2010年10月26日，沪杭高铁通车

 

动车组主要用于城际之间旅客送运

 

 

中国研发真空管道磁悬浮 时速 4000 公里

 

时速 4000 公里，能耗不到航客机 1/10, 噪音和废气污染及事故率接近于零，这是真空管道磁悬浮列车的惊人特点。

作为新一代磁悬浮列车，理论最高时速 2 万公里真，空管道磁悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈，用数小时完成环球旅行已经成为科学家近期努力的目标。

 

高速铁路用材料

 

下面主要分析车辆（车体、转向架、车辆内装及设备）、轮 - 轨、受电弓滑板、制动摩擦、路基等方面的材料。高速需要大的动力，导致更大的振动。为满足节能、安全、环保、舒适目标，对于高速铁路用材料的要求：轻质高强、隔振减振。

高铁轻量化材料

 

车体

 

不锈钢和铝合金与普通钢相比，不锈钢减重 40%。不锈钢车体不易解决车体气密性问题，只用于制造时速 200 公里级的车体。由于铝合金比强度高，特别是大型空心薄壁铝材轧制技术的完善，成为高速列车车体最理想的材料。

铝合金车体的发展

 

轻量化车体用中空双表面大型铝合金挤压型材 , 可大幅度减少焊接工作量，简化车辆的制造工艺。日本新干线选用的铝合金大体上有：Al-Mg系合金、Al-Mg-Si系合金，系合金。如 5083、7003等牌号的铝合金。

由于车辆轻量化的要求越来越高，于是人们把目光注视到复合材料上来。

 

 

复合车体的发展

 

玻璃纤维增强聚酯车头                                                                      芳纶纤维增强环氧车头

 

意大利 ETR500高速列车的车头前突部分采用的是芳纶纤维增强环氧树脂的 FRP，用这种材料模型成型的符合空气动力学线型要求的车头，具有优异的抗冲击能力，当列车以速度行驶时有很好的尺寸稳定性。

法国国营铁路公司（SNCF）认为对于未来的 TGV高速列车，考虑到迫切需要进一步减轻车体质量，采用碳和玻璃纤维强化环氧树脂包覆发泡蜂窝材料芯 , 制造双层挂车，并进行线路运行试验，对其耐火性、抗冲击强度等进行运行测试，结果表明：

复合材料车体的制造工艺是有效的，它比铝制或钢制车体的强度大，用碳纤维复材预计可比铝制车的质量减少25?%；复合材料车体在振动性能、透声性能和绝热性能方面的优点，提高了车体的舒适性。

泡沫铝在车体中的应用

 

泡沫铝夹心高速列车车门高速列车厢体泡沫铝复合内衬（泡沫铝与聚胺脂泡沫材料复合）高速列车车厢泡沫铝夹心地板高速列车噪声设备（如发电机、风机、空压机、中央空调等）用泡沫铝隔音板与使用传统蜂窝铝材料相比，隔音、隔热、隔震性能提高数倍，并可降低成本。

转向架

 

能相对车体回转的一种装置 , 起支承车体、转向和制动的作用，并保证机车车辆在轨道上安全平稳地运行。

提速使机车车辆的转向架振动加剧，疲劳寿命和安全可靠性问题突出。多次出现电机悬挂的转向架构架端梁断裂和牵引拉杆断裂等十分危险的事故。

转向架的构架是特别重要的高强度部件，关系到整个车辆安全性。转向架必须满足安全、运行舒适度以及耐磨损、易检修等要求。

多采用优质碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢制造的构架。近来研究热点为高分子复合材料和铝合金制造的构架。

德国开发了世界上第一个纤维复合材料的转向架构架，并过了静态模拟实验、耐久试验、运行试验，运营了 100 多万 km 后检测未现任何损坏、磨损或撕裂。

车辆内装及设备

 

车辆内装及设备主要有装饰板、厕所、盟洗室、座椅及水箱等 ,?应以铝合金和高分子材料为主 ,?如装饰板采用铝合金上叠合一层不燃性的纤维增强塑料 ,?厕所、盟洗室、座椅及水箱还要考虑到卫生和耐腐蚀性 ,?也以不燃性的为佳。

 

轮- 轨材料

 

轮 & 轴

 

当列车的时速达到 300 公里时，高速列车车轮的杂质含量必须严格控制。在钢铁冶炼的时候，就必须要求车轮钢杂质含量极低且分布均匀。由于车轮不过关，曾经导致德国高速列车脱轨，人员伤亡。车轴是空心轴，列车所有的重量都压在车轴上，技术虽然不是特别尖端，但批量生产的时候单件产品质量控制必须非常严格。

 

钢轨

 

就线路而言 ,高速铁路区别于一般铁路最主要的特点是曲率半径大、应变速率高、轴重轻和牵引力大 ,?钢轨的磨耗较小 ,?疲劳损伤相对突出 ,?因此对钢轨材料的选择要求较高。

对于钢轨材料而言 ,欧洲铁路一直在合金钢轨上进行研究 , 如非热处理的 Cr-Mo。合金钢轨除了有较高的循环软化抗力外 , 也有较好的抵抗短波磨损的能力 ,是今后钢轨材料的重点选择对象之一。

此外 ,还应从钢轨钢的强韧化和纯净化方面进行努力大力发展全长热处理钢轨、稀土钢轨和降噪降振新钢轨。国外在高速铁轨上正在开发贝氏体钢轨，以提高耐磨性和抗疲劳性。

接触线－滑块摩擦副材料

 

列车提速和重载运输，使弓网振动加剧，受流负荷加大，离线率增加造成电弧烧蚀，使接触线出现大量硬点，弓网滑块磨损进一步加剧，甚至造成接触线熔断。

接触网导线材料

 

高速列车通常采用电力牵引。需要保证接触网导线与受电弓滑板之间在高速运行时具有良好的受流性能，目前高速铁路研究开发了铜合金导线，主要品种有铜银合金导线、铜镉合金及铜锡合金导线等。

随着车速进一步提高，导线材料已由单一材料向复合材料的方向发展，其中一个品种是钢芯铜皮的铜—钢复合材料。

受电弓滑板材料

 

受电弓滑板是机车供电系统中的重要集电元件 ,高速运行的电力机车上的滑板一旦失效 ,?将严重危及行车安全 ,?因此要求它的使用必须经济安全 ,既对接触网导线磨耗小 ,自身有足够的使用寿命 ,又不影响弓网关系。

目前 ,国内外研究的浸金属碳滑板已步入了实用化的阶段 , 它主要是利用了碳滑板材料的多孔性质 ,?将熔融的铜或铜合金等高导电性金属 ,?在高温高压下浸入到碳滑板基体中去 ,?使它既有碳材料的自润滑和抗电弧性能 ,?又具备金属材料的集电、强度高、抗弹撞击力强的特点 ,?成为最理想的滑板材料。

与此同时 ,还应加强碳纤维一金属复合材料滑板的研究这种滑板在集电、润滑、抗撞击性能方面都会超过现有的金属滑板、碳滑板、浸金属碳滑板和粉末冶金滑板 ,其应用前景十分广阔。

 

无砟轨道系统

 

 

板式无砟轨道是由长钢轨、扣件系统、轨道板、水泥沥青砂浆、混凝土底座及凸形挡台组成的一种新型轨道结构。

为了使板式轨道具有一定的弹性，并固定轨道结构的位置，在混凝土底座和轨道板之间，以及凸形挡台周围填充缓冲材料层，同时消除混凝土构件施工误差。

作为缓冲充填材料，应既有一定的弹性，又有一定的强度，水泥砂浆强度足够高，但弹性不足，沥青弹性好，但强度低，受温度影响大，因此采用了将二者结合的水泥沥青砂浆，一般采用水泥、乳化沥青、砂及各种掺和料混合而成，通称砂浆。

 

每公里客运专线需要的扣件在 6200-6600 套之间，以万公里计算，高铁共需要 9920-10560 万套扣件，如果按照现在的 300 元左右的价格，市场空间为 300 亿元左右。

中国高速铁路扣件占有前三名：

1、德国 Vossloh 扣件

2、英国 Pandrol 扣件

3、晋亿实业股份有限公司 （ 订单 22 亿、交货 9.5 亿占有率25%

 

 

高速铁路无砟轨道系统用高分子材料

 

高铁铁轨所用到的高分子减振、降噪材料多达十几种。

聚氨酯、碳纤维复合材料、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、三元乙丙胶等。

砂浆及专用沥青乳液微粒带正电荷；贮存稳定性好；配制砂浆外加水少，有利于防止砂浆泌水；与水泥、细骨料附着力好，可有效防止砂浆离析；抗冻性与耐候性好，有效延长了使用寿命。

凸形挡台填充聚氨酯树脂

 

 

粘度小，易于施工；防沉降效果好，具有较高的承载强度及韧性，抗冲击性能优秀，并拥有良好粘结强度，优异的抗疲劳性、耐热老化性及耐腐蚀性。

聚脲弹性体涂层在高铁中的应用

 

 

由于高铁采用无碴轨道，要求防护层不仅具有防水、防渗和抗裂等基本性能，还要能经受火车高速行驶带来的高速、重载、交变冲击等作用。聚脲涂层无接缝，粘结力强，真正做到了整体防水，同时还具有优异的耐磨性、抗冲击、抗开裂、耐紫外光和耐高低温性能，可满足高铁的特殊要求。

京津高铁工程中聚脲材料防护工程达 95 万 m 2 ，聚脲用量超过 2000t。京沪高速铁路全长 1318km，需要聚脲弹性体涂层 2 万 t、脂肪族 PU 面层涂料 868t、防水涂料 6707t，工程总额达到 20 亿元。

除高铁外，与高铁配套的海底隧道、过江隧道、山体隧道和地铁隧道，均需大量聚脲涂层。

PU枕木

 

PU枕木是一种玻纤增强的硬质 PU 微孔弹性体，具有比强度大、减震、降噪、耐电气绝缘、高耐久和环保等优良性能。

在日本，塑料枕木的应用历史已超过年，且已应用於新乾线高速列车的铁轨上。

PU枕木目前已受到 PU 和铁路业界高度关注，是全球 PU 材料界研究的一个热点课题。根据国家发展高速铁路长远计划，为了适应高速列车提速要求，开发 PU 枕木以取代或部分取代混凝土枕木必将是未来发展趋势。按国外经验高速铁路需用 1800 根左右轨枕计，则 7000km 高速铁路 PU 枕木市场规模将达到 500 亿元，这无疑将给我国新型弹性体带来巨大市场空间。

 

高铁会给我们带来什么机会？

未来 3 年高速铁路投资额度将达到亿元以上，年均投资将超过亿元，为高速铁路系统配套的化工材料将扮演越来越重要的角色。

中国高速铁路这块大蛋糕吸引的不仅仅是中国企业，国外的供应商同样嗅到了商机。德国巴斯夫公司专门组建了高速铁路团队，向中国提供从防水材料到沙浆材料、从道碴胶到土工布胶、从外加剂到防腐剂、从涂料到地坪、从保温到吸音等系列解决方案。

中国的高速铁路建设不仅仅给新材料企业带来了发展机会，同时也给新材料产业提出了更高的要求。用于高速铁路路基和轨道之间的减振材料——聚酯聚醚弹性体，目前国内生产企业还不能满足需求，主要从国外进口。而美国杜邦公司的聚酯聚醚弹性体材料售价在每吨 10 万元左右甚至更高。如果该材料实现国产化，价格可以降低一半。

部分国内高速铁路用高分子材料生产厂商：南京聚隆科学技术股份有限公司、锦纶紧固件专用料、华东理工大学华昌聚合物有限公司、MFE-9 乙烯基酯树脂材料 （ 垫板 ）、广州秀珀化工股份有限公司、聚脲防腐防水涂料、株洲时代新材料科学技术股份有限公司、树脂防水涂料、首都东方雨虹防水技能股份公司、聚脲弹性涂料及配套材料、烟台万华聚氨酯股份有限公司、聚脲弹性涂料。