高分子材料在轨道交通领域中的应用9月
轨道交通新材料研究及应用
轨道交通新材料研究及应用随着城市化进程的加快，轨道交通被视为解决交通拥堵和环境污染问题的有效手段之一、而轨道交通新材料的研究和应用则是轨道交通发展的重要方向之一、本文将从新材料在轨道交通领域的应用、新材料的研究方向以及未来发展趋势等方面展开探讨。
首先，新材料在轨道交通领域的应用非常广泛。
一方面，新材料可以提高轨道交通的运行效率和安全性。
例如，钢铁材料可以用于轨道的铺设，具有优异的强度和耐磨性，可以有效延长轨道的使用寿命；而橡胶材料则可以用于轨道的隔音和缓冲，减少列车噪音和振动对周围环境的影响。
此外，复合材料的研究和应用也能显著减轻轨道交通的自重，提高列车的运行速度和能效。
另一方面，新材料还可以实现轨道交通的智能化和绿色化。
例如，智能材料可以应用于轨道交通的信号系统和监测装置，实现自动化控制和实时监测；而光伏材料和储能材料的应用则可以为轨道交通提供绿色能源和储能解决方案，减少对传统能源的依赖和环境污染。
新材料的研究方向主要包括材料的开发和性能优化。
首先，在新材料的开发中，需要注重材料的选择和组合。
由于轨道交通场景的特殊性，新材料需要具备良好的抗压、抗磨、隔音和防滑性能等特点。
同时，还需要考虑材料的成本、生产工艺和可持续性等因素。
其次，在性能优化方面，需要通过材料的调配和工艺的改进，提高材料的强度、硬度、耐磨性和耐候性等性能指标。
未来，轨道交通新材料的发展趋势将呈现以下几个方面。
首先，新材料的多功能化和综合化趋势将更加明显。
随着轨道交通业务的多样化和需求的提升，新材料需要具备更多的功能，如防火、防水、防腐蚀等特性。
其次，新材料的绿色化和可持续发展将成为关键词。
传统材料的开采和生产会对环境造成一定的影响，因此需要开发出更环保、可回收和可降解的新材料。
最后，智能化和数字化将成为新材料研究的重要方向。
新材料需要具备与轨道交通智能化和数字化发展相适应的性能，为轨道交通的信息化和数字化提供支持。
综上所述，轨道交通新材料的研究和应用具有重要的意义和广阔的发展前景。
复合材料在轨道交通中的应用
复合材料在轨道交通中的应用1. 复合材料的简介你听说过复合材料吗？它们可是现代科技的“隐形英雄”，在轨道交通领域里发挥着不可小觑的作用。
别看它们名字高大上，其实就是由两种或两种以上的材料混合在一起，形成的新材料。
咱们可以把它们想象成一道“混合大餐”，各种材料像是厨师的秘密调料，把菜肴的味道调到最佳。
这些复合材料不仅强度高，还轻巧耐用，就像你平时看到的那些又轻又硬的运动鞋一样。
2. 复合材料在轨道交通中的作用2.1 提升车辆性能首先，咱们聊聊复合材料在火车上的作用。
以前的火车都是铁的，重得像块大石头，跑起来那叫一个费劲儿。
不过现在，复合材料的出现就像是火车的“减肥药”，让火车变得轻盈了不少。
你可以想象一下，原本笨重的火车变得像羽毛一样轻，这样不仅省了燃料，还让车速提升了不少。
速度快了，大家的出行时间也缩短了，真是一举两得！2.2 提高安全性与舒适性再来说说安全性，复合材料可是安全性的小卫士。
它们的强度和韧性都很不错，即使在碰撞中也能保持车体的完整，像个可靠的保护伞。
比起老旧的铁车体，这些材料能有效减少事故中的伤害。
而且，复合材料还能有效隔音，车厢里的噪音减少了不少，旅途变得安静舒适。
就像家里换了高档的窗户，外面的噪音被隔绝，车内的环境也变得宁静了许多。
3. 复合材料的种类与应用3.1 常见的复合材料复合材料有很多种，咱们常见的有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
碳纤维就像是复合材料中的“明星”，强度高、重量轻，几乎可以说是火车的“超级战衣”。
玻璃纤维则像是复合材料中的“全能型选手”，价格实惠，性能稳定。
每种材料都有它自己的特色，像调料一样，根据需要进行选择，做出最合适的“菜肴”。
3.2 实际应用的场景在实际应用中，复合材料的表现也很亮眼。
比如，地铁车厢的外壳就经常使用复合材料，这样可以降低整车的重量，提高运行效率。
而且，有些高铁列车的内部装饰也用上了复合材料，这样不仅耐用，还能提升车厢的舒适感。
新型建筑材料在城市轨道交通建设中的前沿研究
新型建筑材料在城市轨道交通建设中的前沿研究随着城市化进程的快速推进，城市轨道交通的建设成为了解决交通拥堵和环境污染的重要举措。
为了提高城市轨道交通的建设速度和质量，人们不断追求新型建筑材料的应用研究。
本文将探讨新型建筑材料在城市轨道交通建设中的前沿研究进展。
一、新型建筑材料在城市轨道交通的应用领域1. 隧道施工材料隧道是城市地铁建设中不可或缺的一环，传统的隧道施工材料如水泥、砖石等已经不能满足对隧道施工速度和质量的要求。
新型建筑材料如高性能碳纤维复合材料、高分子聚合物材料等具有轻质、高强度、抗腐蚀等特点，能够加快隧道施工进度，提高隧道的安全性和稳定性。
2. 轨道铺设材料传统的轨道铺设材料如钢轨和混凝土轨道存在噪音大、寿命短等问题，不利于城市环境的改善和可持续发展。
新型建筑材料如聚合物复合材料轨道、陶瓷复合材料轨道等能够减少噪音污染，延长使用寿命，降低维护成本，逐渐成为城市轨道交通铺设的首选材料。
3. 站台和列车内装材料随着城市轨道交通的不断发展，人们对站台和列车内装的要求也越来越高，传统材料如瓷砖、玻璃等已经不能满足设计需求。
新型建筑材料如保温隔音复合板、抗菌环保材料等能够提供更好的舒适度和安全性，提升市民的乘车体验。
二、新型建筑材料在城市轨道交通建设中的优势1. 提高建设速度和质量新型建筑材料具有重量轻、强度高、施工方便等特点，能够提高城市轨道交通的建设速度。
同时，这些材料还具有优异的抗腐蚀性能和抗老化性能，能够提高工程的使用寿命和整体质量。
2. 减少噪音污染新型建筑材料能够降低轨道交通的噪音污染，改善城市环境。
特别是聚合物复合材料轨道和陶瓷复合材料轨道，不仅减少了列车行驶时的噪音，还降低了列车经过时的振动，使城市居民的生活更加宜居。
3. 提升乘车体验新型建筑材料不仅在站台和列车内装中有应用，还可以在车厢内墙、座椅等方面应用。
这些材料具有舒适、安全、环保等特点，能够提升市民的乘车体验，增加对城市轨道交通的认可度和满意度。
高分子化工材料的应用现状及发展趋势
高分子化工材料的应用现状及发展趋势摘要：近年来在系列政策指引下，我国高分子化工材料取得快速发展。
未来在新能源和电子电器行业带动下，高分子化工材料产业还将保持年均7% ~8%的增长水平，并将实现自给率的快速提升；其中高性能膜材等产品增速较快，所占份额将再次增长。
为进一步加快我国石化行业转型发展进程，应有效利用高分子材料发展契机，转变发展思路和策略，通过合作共赢，由易到难，针对性的实施产品开发和生产，为我国石化项目在“双碳”背景下发展打开新的出路。
关键词：高分子化工材料；现状；趋势引言高分子化工材料是指产品性能优异、附加值大、技术壁垒高的化工材料。
与新材料不同在于后者更多是从新应用领域或者新应用产品角度界定，并不一定具备高性能、高附加值和高技术密集度等特点。
如可降解材料属于新材料，但并不具备高性能和高技术密集度的特点，因此并不属于高分子化工材料。
1.高分子化工材料产业发展环境近年，世界主要国家纷纷制定出台高分子材料发展的相关政策和发展规划，其中 5G 产业、环境保护、绿色发展、电动汽车、航空航天、氢能网络等方面均被列为发展重点，与之相关的电动汽车材料、电子信息材料、航空航天材料等领域迎来广阔的发展空间和机遇。
其中，高分子化工材料在高分子材料领域具有举足轻重的地位。
我国目前正处于高质量发展关键阶段。
高分子化工材料对于我国产业转型升级发展、提高人民生活质量意义重大。
2020年我国高分子化工材料总消费量为2 978万吨，预计2025年将达到4 297万吨，5年年均增长率高达7.6%，远高于世界平均水平；届时我国在世界高性能材料市场占比也将从 2020 年的25%进一步提升至28%。
新能源和电子电器行业是我国高分子化工材料的最大下游消费领域，两者占比近70%。
未来随着国内电动车、光伏、风能、氢能等相关细分行业的快速发展，新能源领域所占份额还将进一步提升。
电子电器行业因手机、电脑、电视等子行业市场陷入饱和，增速不及其他行业。
三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)对高温硫化硅橡胶的阻燃和陶瓷化性能的影响
收稿日期:2023-03-23;修改日期:2023-04-16基金项目:国家重点研发计划项目(2022Y F C 3080600);中国科学技术大学重要方向培育基金(W K 2320000059)作者简介:骆晓宇,中国科学技术大学硕士研究生,研究方向为阻燃硅橡胶复合材料㊂通讯作者:胡伟兆,副研究员,E -m a i l :h w z 1988@u s t c .e d u .c n第32卷第3期2023年9月火 灾 科 学F I R ES A F E T YS C I E N C EV o l .32,N o .3S e p.2023文章编号:1004-5309(2023)-0177-10D O I :10.3969/j.i s s n .1004-5309.2023.03.06三聚氰胺聚磷酸盐(M P P )对高温硫化硅橡胶的阻燃和陶瓷化性能的影响骆晓宇,徐周美,宋 磊,胡 源,胡伟兆*(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026)摘要:为协同提升高温硫化硅橡胶的阻燃与陶瓷化性能,以高温硫化硅橡胶为基体,结合煅烧高岭土㊁磷酸盐玻璃粉和三聚氰胺聚磷酸盐(M P P )制备了阻燃可陶瓷化硅橡胶复合材料㊂采用垂直燃烧仪㊁锥形量热仪(C O N E )㊁热重分析仪(T G A )㊁傅里叶红外光谱仪(F T I R )㊁扫描电子显微镜(S E M ),研究了M P P 的组分占比以及硅氧烷粉体改性对硅橡胶复合材料燃烧性能和陶瓷化性能的影响㊂结果表明:M P P 的添加能够有效降低复合材料的热危害,同时提高复合材料煅烧后得到的类陶瓷体的强度;当M P P 在15w t %的组分占比下,1000ħ煅烧后样品的弯曲强度超过15M P a ,通过粉体改性可以使M P P 恶化的力学强度得到恢复㊂关键词:高温硫化硅橡胶;阻燃;陶瓷化;三聚氰胺聚磷酸盐中图分类号:X 915.5 文献标识码:A0 引言硅橡胶(S R )因其柔软性㊁易加工性和耐高低温性等特性,被广泛应用于密封件㊁电线电缆等领域[1-3]㊂作为硅橡胶的主要成分,聚硅氧烷独特的结构赋予其高柔韧性㊁耐高低温㊁不易燃烧的特性[4-6],同时热解时生成的大量二氧化硅(S i O 2)微粒有利于陶瓷化过程,是一种常用的可陶瓷化高分子材料基体㊂通过向硅橡胶加入成瓷填料和助瓷剂可以制备出常态柔软而升温过程中形成陶瓷结构并具有自支撑性能的可瓷化硅橡胶材料,更适合在如高速轨道交通㊁核电站等特殊领域的消防安全应用[7]㊂为了制备具有可陶瓷性能的硅橡胶,云母[8]㊁高岭土[9]以及蒙脱土[10]等矿物填料通常是必不可少的,在升温陶瓷化过程中,这些填料充当骨架,再在助瓷剂的作用下协同形成类陶瓷结构㊂而在陶瓷化助剂中低熔点玻璃粉具有优异的助瓷效果,在400ħ以上发生软化熔融,并将云母㊁硅灰石等成瓷填料和二氧化硅粘结在一起,形成连续的陶瓷结构[11]㊂然而,通常低熔点玻璃粉中含有的氧化钠和氧化锂等金属氧化物会恶化硅橡胶复合材料的热稳定性,对降低复合材料的热和烟气危害没有帮助㊂为了提升基体的阻燃效果还需要进一步添加阻燃剂㊂以聚磷酸铵(A P P)为代表的磷氮类阻燃剂作为一类环保高效的阻燃剂,受到广泛的关注和研究[12]㊂在硅橡胶阻燃陶瓷化研究中,A P P 展现了同时作为阻燃剂和助瓷剂的效果[13-15],然而A P P 较高的酸度和较低的热分解温度限制了相关硅橡胶复合材料在有特殊高温要求领域的应用[16]㊂相比之下,三聚氰胺聚磷酸盐(M P P )具有更高的热稳定性[17],同时有研究表明M P P具有一定的抗老化作用[18]㊂然而,目前研究M P P对于硅橡胶阻燃和陶瓷化性能的影响报道较少㊂本文以煅烧高岭土为成瓷填料,磷酸盐低熔点玻璃粉为助瓷剂,并使用M P P替代相应组分的煅烧高岭土,来制备阻燃和陶瓷化硅橡胶㊂同时,额外制备了使用三甲氧基乙烯基硅氧烷混合干法改性的粉体的对应样品,通过锥形量热仪㊁万能试验机等设备来研究M P P含量以及粉体干法改性前后对于硅橡胶复合材料阻燃㊁陶瓷化和力学性能的影响;使用X射线衍射光谱(X R D)㊁傅里叶红外光谱(F T I R)㊁X射线光电子能谱(X P S)和扫描电镜(S E M)对陶瓷化过程进行分析,探究M P P对高温硫化硅橡胶的阻燃㊁陶瓷化性能以及力学性能的影响规律㊂1实验内容1.1实验原料高温硫化甲基乙烯基硅橡胶混炼胶㊁2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷(双二五硫化剂)购买于广东银禧科技股份有限公司,磷酸盐玻璃粉F R0135购买于安米微纳新材料有限公司,三聚氰胺聚磷酸盐(M P P)㊁煅烧高岭土和乙烯基三甲氧基硅氧烷购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司㊂1.2样品制备按照表1中所示配方,依次将硅橡胶和粉体填料在室温下加入密炼机腔室,混合20m i n后得到未硫化样品,将样品置于铁质模具在175ħ下预硫化10m i n,最后将样品在200ħ烘箱中后硫化2h,得到样品S R/G3㊁S R/M P P-1S㊁S R/M P P-2S㊁S R/ M P P-3S㊂表1填料按顺序添加密炼的样品配方T a b l e1S a m p l e r e c i p e f o r a d d i n g f i l l e r s i n t o t h ec o m p a c t o r i n s e q u e n c e样品硅橡胶/g玻璃粉/g高岭土/gM P P/g双二五硫化剂/gS R/G327924-0.324 S R/M P P-1S2792130.324 S R/M P P-2S2791860.324 S R/M P P-3S2791590.324将9g玻璃粉㊁24g煅烧高岭土和M P P混合物添加到打粉机容室中,准确称量0.99g三甲氧基乙烯基硅氧烷与等质量乙醇混合,在粉体搅拌间隙分批加入混合溶液,经过数次机械混合后,将粉体倒出置于80ħ烘箱过夜,将添加量为3g㊁6g和9g M P P的粉体记为M P P-1M㊁M P P-2M和M P P-3M,以M P P-1M㊁M P P-2M和M P P-3M添加量65w t%制备的硅橡胶复合材料记为S R/M P P-1M㊁S R/M P P-2M和S R/M P P-3M㊂将样品裁剪为80m mˑ3m mˑ10m m的形状放入马弗炉中,以10ħ/m i n升温速率由室温分别升温至600ħ㊁800ħ㊁1000ħ,并保持30m i n,随后自然降温,得到各硅橡胶复合材料的类陶瓷残余物㊂1.3仪器与表征傅里叶变换红外(F T I R)光谱是使用K B r压片,使用红外光谱仪T h e r m oF i s h e rN i c o l e t6700 (美国)在400c m-1~4000c m-1范围内测试得到㊂利用热重分析仪(T G A,Q5000)分析了硅橡胶和复合材料在氮气氛围下的热稳定性,温度从环境温度升高到800ħ,线性加热速率为20ħ/m i n㊂X射线衍射是通过日本理学R i g a k uD M a x-R a型转靶X-射线衍射仪(C uKα射线λ=0.1542n m)进行测定,扫描速度4ʎ/m i n㊂结合T G A分析仪和F T I R 分光光度计(T G A-F T I R)推测硅橡胶复合材料的热解产物㊂三点弯强度是通过万能试验机(M S TS y s-t e mC o.,L t d.,中国)对硅橡胶复合材料煅烧后残余物以1m m/m i n的测试速度得到的㊂断裂强度和断裂伸长率是通过万能试验机(M S T S y s t e m C o.,L t d.,中国)对硅橡胶复合材料以200m m/m i n的测试速度得到的㊂根据I S O5660标准,使用锥形量热仪(T E S T e c h,中国)在35k W㊃m-2的热通量下,用100m mˑ100m mˑ3m m的试样进行燃烧试验㊂根据A S T M D3801-1996的要求,用于垂直燃烧(U L-94)试验(C F Z-2,江宁分析仪器,中国)的所有样品的尺寸为100m mˑ10 m mˑ3m m㊂扫描电子显微镜(S E M)图片是采用S U8220冷场发射扫描电子显微镜对样品表面形貌进行拍摄的,测试电压为3k V㊂2结果与讨论2.1硅橡胶复合材料的热稳定性图1和表2分别为硅橡胶复合材料在氮气氛围下的T G A㊁D T G曲线和详细数据㊂硅橡胶纯样和使用M P P替代高岭土的样品表现出两步失重过871火灾科学F I R ES A F E T YS C I E N C E第32卷第3期程,而只添加玻璃粉的样品表现出一步失重过程㊂S R /G 3最大降解速率温度的提前可能是因为煅烧高岭土和玻璃粉中金属离子加速了复合材料的热降解㊂同时由于M P P 自身较低的热解温度和热解下的质量损失,M P P 占比组分含量的提高导致了相应硅橡胶复合材料T 5%分解温度的提前和残余物占比的下降,而对比相同M P P 含量的样品,粉体提前经过混合改性可以提高样品T 5%分解温度,同时残余物占比接近㊂图1 各样品氮气氛围下的(a )T G 曲线和(b )D T G 曲线F i g .1 T Gc u r v e (a )a n dD T Gc u r v e (b )o f s a m p l e u n d e r n i t r o g e n a t m o s ph e r e 表2 氮气氛围下硅橡胶复合材料的热重数据T a b l e 2 T h e r m o g r a v i m e t r i c d a t a o f s i l i c o n e r u b b e r c o m p o s i t e s u n d e r n i t r o g e n a t m o s ph e r e 样品T 5%/ħT m a x 1/ħR m a x 1/m a s s %ħ-1T m a x 2/ħR m a x 2/m a s s %ħ-1R e s i d u e a t800ħ/%S R502.2580.60.406649.20.49829.25S R /G 3458.3490.70.476--66.38S R /M P P -1S 447.4420.60.113539.40.50365.04S R /M P P -2S414.7418.00.205547.50.41261.12S R /M P P -3S394.8418.80.308548.00.29157.05S R /M P P -1M 450.7419.30.109540.60.52064.59S R /M P P -2M 414.3417.90.194548.50.40361.56S R /M P P -3M409.1419.70.303552.30.32457.74T m a x 最大质量损失率下的温度;R m a x 最大质量损失率值㊂2.2 硅橡胶复合材料的阻燃性能研究表3列出了各样品的垂直燃烧测试结果,纯样和S R /G 3无等级,而M P P 低添加量下同样无等级,当M P P 添加量大于10w t %,样品才可以达到V -0等级㊂M P P 作为阻燃剂,在基体受热时会提前分解产生大量不燃气体,降低挥发性可燃气及氧气浓度;另一方面M P P 在高温下能够分解形成多种交联的缩聚物,有助于促进致密炭层的形成,进而保护高分子基体内部遭受热辐射的进一步侵蚀㊂图2是锥形量热测试得到各样品的热释放速率曲线图㊁总热释放曲线图㊁C O 产生速率曲线图和C O 2产生表3 各样品U L -94等级T a b l e 3 U L -94g r a d e f o r s a m p l e s 3m m 厚度样品U L -94等级S R N R S R /G 3N R S R /M P P -1SN RS R /M P P -2S V -0S R /M P P -3S V -0S R /M P P -1M N R S R /M P P -2M V -0S R /M P P -3MV -0971V o l .32N o .3骆晓宇等:三聚氰胺聚磷酸盐(M P P)对高温硫化硅橡胶的阻燃和陶瓷化性能的影响速率曲线图㊂表4为各样品热释放速率峰值(pH R R )㊁总热释放(T H R )㊁C O 产生速率峰值(P C O P R )和C O 2产生速率峰值(P C O 2P R )的具体参数㊂由结果可知,尽管添加煅烧高岭土和玻璃粉能够降低复合材料的总热释放,其热释放峰值却几乎不变;而M P P 的添加可以明显降低热释放峰值,并且提高M P P 添加量会提高总热释放,这一变化可能是因为M P P 在热解过程中产生的气相产物冲破表面二氧化硅层,导致下层基体继续燃烧造成的㊂在C O 释放上,M P P 的添加能够一定程度上延缓煅烧高岭土和玻璃粉导致的C O 提前释放和产生速率,同时提高M P P 含量有利于抑制C O 的释放㊂在C O 2释放上,M P P 的添加同样有利于降低C O 2的释放速率,同时发现乙烯基硅氧烷的混合改性能够进一步降低C O 2的释放速率㊂图2 各样品的锥形量热仪测试结果F i g .2 C o n e c a l o r i m e t r i c t e s t r e s u l t s f o r e a c h s a m pl e 表4 各样品锥形量热测试结果T a b l e 4 C o n i c a l c a l o r i m e t r i c t e s t r e s u l t s f o r e a c h s a m pl e 样品pH R R /k W ㊃m -2T H R /M J㊃m -2P C O P R /10-3㊃g ㊃s-1P C O 2P R /g ㊃s -1S R246.743.422.330.100S R /G 3246.926.972.300.096S R /M P P -1S 162.128.592.000.071S R /M P P -2S164.431.251.780.075S R /M P P -3S 196.234.801.620.086S R /M P P -1M 176.928.581.680.054S R /M P P -2M 174.032.761.720.055S R /M P P -3M162.633.151.620.056081火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第3期图3(a1-a4)S R㊁S R/G3㊁S R/M P P-3S和S R/M P P-3M的热解气体产物三维T G-I R谱图,(b)红外吸收强度随温度变化的总热解产物曲线,(c)热解气体最大吸光度时的红外光谱以及(d)红外吸收强度随温度变化的环状硅氧烷曲线F i g.3T h r e e-d i m e n s i o n a l T G-I R s p e c t r a o f p y r o l y s i s g a s p r o d u c t s o f S R,S R/G3,S R/M P P-3S a n d S R/M P P-3M(a1-a4),t o t a l p y r o l y s i s p r o d u c t c u r v e s o f I Ra b s o r p t i o n i n t e n s i t y w i t h t e m p e r a t u r e(b),I R s p e c t r a o f p y r o l y s i s g a sa tm a x i m u mab s o r b a nc e(c)a nd c y c l i c s i l o x a ne c u r v e s of I Ra b s o r p t i o n i n t e n s i t y w i t h t e m p e r a t u r e(d)图3为S R㊁S R/G3㊁S R/M P P-3S和S R/M P P-3M在氮气氛围升温下热解产生的气相红外图谱㊂从热解气体产物三维T G-I R谱图和G r a m-S c h m i d t 图可以发现,高岭土和玻璃粉的添加降低了吸收峰出现的温度,并略微提高了吸光强度,M P P的添加进一步降低了吸收峰出现的温度,不同的是降低了吸光强度,各样品的吸光度变化与热重曲线相一致㊂图3 (c)是热解气体最大吸光度时的红外光谱,各样品在2970c m-1㊁1265c m-1㊁1079c m-1㊁1026c m-1和818c m-1处出现相同的特征吸收峰,对应于环状低聚物的C-C㊁S i-O-S i和C-S i键吸收峰[19]㊂环状低聚物是由硅橡胶主链的随机断裂生成的,红外图谱中无明显C H4,说明自由基反应降解机制作用微弱[20]㊂添加有M P P的S R/M P P-3S和S R/M P P-3M在2356c m-1㊁2284c m-1和2248c m-1处出现微弱的新的吸收峰,对应C O2㊁-N=C=O和-C N的吸收峰[21]㊂图3(d)是对应环状低聚物最强的吸收峰随温度变化的曲线,M P P的添加显著减少了氮气氛围热解过程中环状硅氧烷低聚物的产生,同时乙烯基硅氧烷的混合改性略微延迟了环状低聚物的产生㊂2.3硅橡胶复合材料的陶瓷化性能图4为不同样品在空气中以不同温度煅烧后的质量残余率㊁体积变化率㊁弯曲强度和表观形貌图片㊂相同配方制备的样品在不同温度煅烧下质量残余率变化不显著,随着M P P替代高岭土量的提高,样品的质量残余率减小,乙烯基硅氧烷的混合改性对于质量残余率没有明显影响㊂在煅烧前后的体积变化上,同一配方样品随煅烧温度提高,体积发生明显收缩,600ħ处理的样品均发生一定的体积膨胀, 1000ħ处理的样品随着M P P替代高岭土量的提高,样品煅烧后的体积逐步缩小㊂在煅烧后样品的弯曲强度上,随着煅烧温度的提高样品的弯曲强度发生显著的提高,添加有M P P的样品在相同煅烧温度下效果基本好于未添加样品,同时M P P替代量的提高有利于煅烧后类陶瓷体弯曲强度的提高㊂如图4(d)所示,从上至下依次为1000ħ㊁800ħ和600ħ处理后的样品,从左到右依次为煅烧前样品和S R/M P P-1S㊁S R/M P P-2S㊁S R/M P P-3S㊁S R/ M P P-1M㊁S R/M P P-2M和S R/M P P-3M煅烧后的样品外观,煅烧后样品均保持完整形状㊂图4(e)为三点弯测试过程图片㊂图5是S R/G3㊁S R/M P P-3S和S R/M P P-3M 在三个不同温度下煅烧后样品的微观形貌图片,可以看出600ħ煅烧后的三种样品均结构疏松多孔,而800ħ煅烧后样品的结构变得致密,同时可看到明显的玻璃粉粘结区域,区域分界明显,相比之下, 1000ħ煅烧的样品形貌更加致密,区域分界变得模糊,对比M P P添加前后的样品,含有M P P的样品更加致密㊂181V o l.32N o.3骆晓宇等:三聚氰胺聚磷酸盐(M P P)对高温硫化硅橡胶的阻燃和陶瓷化性能的影响图4 各样品在空气中不同温度煅烧后的(a )质量残余率,(b )体积变化率,(c )弯曲强度,(d )表观形貌,(e)弯曲强度测量图片F i g .4 M a s s r e s i d u a l r a t e (a ),V o l u m e c h a n g e r a t e (b ),B e n d i n g s t r e n g t h (c ),A p p a r e n tm o r p h o l o g y (d ),a n dBe n d i n g s t r e n g t hm e a s u r e m e n t p i c t u r e s (e )of s a m p l e s c a l c i n e d i n a i r a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r es 图5 S R /G 3㊁S R /M P P -3S 和S R /M P P -3M 在不同温度下煅烧后的陶瓷化残余物的扫描电镜图F i g .5 S E Mi m a g e s o f c e r a m i c r e s i d u e a f t e r c a l c i n a t i o n a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e sf o r S R /G 3,S R /M P P -3S a n d S R /M P P -3M 图6为S R /G 3㊁S R /M P P -3S 和S R /M P P -3M在不同温度下煅烧后的陶瓷化残余物的X 射线光电子能谱,可以看出陶瓷化残余物中均含有N a ㊁K ㊁O ㊁S i ㊁A l ㊁P 等元素㊂图7(a )是S R /G 3㊁S R /M P P -3S 和S R /M P P -3M 不同温度煅烧得到的类陶瓷体的红外光谱和X 射线衍射光谱图㊂3441c m -1和1636c m -1处的吸收峰分别为吸附水的O -H 伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰[22]㊂1108c m -1和467c m -1处的吸收峰分别为S i -O -S i 的伸缩振动和变形振动吸收峰㊂810c m -1和565c m -1处为281火灾科学 F I R ES A F E T YS C I E N C E 第32卷第3期图6 S R /G 3㊁S R /M P P -3S 和S R /M P P -3M 在不同温度下煅烧后的陶瓷化残余物的X 射线光电子能谱F i g .6 X -r a y p h o t o e l e c t r o n s p e c t r o s c o p y of c e r a m i c r e s i d u e a f t e r c a l c i n a t i o n a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e sf o r S R /G 3,S R /M P P -3S a n d S R /M P P -3M 图7 S R /G 3㊁S R /M P P -3S 和S R /M P P -3M 在不同温度下煅烧后的陶瓷化残余物的(a )傅里叶红外光谱和(b )X 射线衍射光谱F i g .7 F T I R s p e c t r o s c o p y (a )a n dX -r a y d i f f r a c t i o n s p e c t r o s c o p y (b )o f t h ec e r a m i c r e s id ue s of S R /G 3,S R /M P P -3S a n d S R /M P P -3Mc a l c i n e d a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s [A l O 6]的特征吸收峰[23],1402c m -1和725c m -1处的吸收峰分别为P =O ㊁P -O 的伸缩振动吸收峰,1000c m -1处的宽峰为[P O 4]的弯曲振动吸收峰,随煅烧温度升高[A l O 6]特征吸收峰减弱,[P O 4]特381V o l .32N o .3骆晓宇等:三聚氰胺聚磷酸盐(M P P)对高温硫化硅橡胶的阻燃和陶瓷化性能的影响征吸收峰增强㊂图7(b)是S R/G3㊁S R/M P P-3S和S R/M P P-3M不同温度煅烧得到的类陶瓷体的X 射线衍射光谱,所有样品在20ʎ~30ʎ左右出现二氧化硅和玻璃粉的非晶衍射峰,只添加煅烧高岭土和玻璃粉的S R/G3样品在三个温度下均只有煅烧高岭土本身的莫来石衍射峰㊂对于额外加有M P P的S R/M P P-3S和S R/M P P-3M样品,在600ħ煅烧下产生新的A l P O4衍射峰,随着煅烧温度的提高莫来石衍射峰强度降低,而A l P O4衍射峰得到增强,同时产生S i O2的衍射峰㊂结合陶瓷化残余物的扫描电镜图㊁红外光谱和X R D结果,可以推测在玻璃粉熔融粘结作用下,M P P在升温过程中与煅烧高岭土反应转化为A l P O4晶体和S i O2晶体,增强陶瓷化残余物的力学性能㊂2.4硅橡胶复合材料的力学性能研究图8是所制备的硅橡胶复合材料的力学测试结果㊂由图8可以看出,粉体未经处理的样品中, M P P所占组分的提高导致拉伸强度急剧下降,相比之下断裂伸长率降幅更小;相同M P P含量下,粉体经过干法改性后,复合材料的拉伸强度能够得到有效提升,而断裂伸长率有所下降㊂3结论本文以高温硫化硅橡胶为基体,结合煅烧高岭土㊁磷酸盐玻璃粉和三聚氰胺聚磷酸盐制备了具有高阻燃性和明显陶瓷化特性的硅橡胶复合材料,具体结论如下:(1)填料的添加能够有效地提高硅橡胶的质量残余率,M P P含量的提高会在一定程度上降低质量残图8硅橡胶复合材料的拉伸强度和断裂伸长率F i g.8T e n s i l e s t r e n g t h a n d e l o n g a t i o n a tb r e a k o f s i l ic o n e r u b b e r c o m p o s i t e s余率,但远高于纯样的29%,粉体改性前后变化较小㊂(2)当M P P在硅橡胶复合材料中达到10w t%时可以使样品通过U L-94V-0等级,通过添加M P P 峰值热释放最高可以降低34%,总热释放降低24%,C O释放峰值降低30%,同时,可以有效抑制环状低聚硅氧烷的产生㊂(3)M P P的添加能够有效提高复合材料煅烧后得到的类陶瓷体强度,在煅烧过程中能够将煅烧高岭土分解转化为磷酸铝晶相和二氧化硅晶相,其中M P P在15w t%的组分占比下,1000ħ煅烧后样品的弯曲强度超过15M P a㊂(4)M P P的添加会进一步恶化复合材料的力学强度,通过粉体干法改性可以使力学强度得到有效的保持㊂参考文献[1]N a z i rM T,K h a l i dA,W a n g C,B a e n a JC,K a b i r I,A k r a mS,P a r a m a n eA,H a q I U,P h u n g BT,Y e o hG H.S y n e r g i s t i c e f f e c t o f a d d i t i v e s o n e l e c t r i c a l r e s i s t i v i-t y,f i r ea n ds m o k es u p p r e s s i o no f s i l i c o n er u b b e r f o r h i g h v o l t a g ei n s u l a t i o n[J].C o m p o s i t e s C o m m u n i c a-t i o n s,2022,29:101045.[2]W a n g YL,Q i a n F,L a i X J,L i HQ,Z e n g XR,L i u Z Y,G a o J F.I m p r o v e m e n t o f t r a c k i n g r e s i s t a n c e o f s i l i-c o n e r u b b e rv i as y n e r g i s t i c a l l yp r o m o t i n g c e r a m i z a t i o n w i t h f l u o r o p h l o g o p i t e a n d p l a t i n u m-n i t r o g e n s y s t e m[J].C o m p o s i t e s P a r tB:E n g i n e e r i n g,2022,245: 110200.[3]W uT,Q i u JD,X uW H,D uY,Z h o uW L,X i eH, Q u J P.E f f i c i e n t f a b r i c a t i o n o f f l a m e-r e t a r d i n g s i l i c 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V e r t i c a l c o m b u s t i o n m e t e r,c o n ec a l o r i m e t e r(C O N E),t h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y z e r(T G A),F o u r i e r i n f r a r e ds p e c t r o m e t e r (F T I R),a n d s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e(S E M)w e r eu s e d t os t u d y t h e e f f e c t so f t h e c o m p o n e n t s h a r eo fM P Pa n d t h e m o d i f i c a t i o n o f s i l i c o n e p o w d e r o n t h e c o m b u s t i o n a n d c e r a m i z a t i o n p r o p e r t i e s o f t h e s i l i c o n e r u b b e r c o m p o s i t e s.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e a d d i t i o n o fM P P c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e t h e r m a l h a z a r d o f t h e c o m p o s i t e s,a n d a t t h e s a m e t i m e i m p r o v e t h e s t r e n g t h o f t h e c e r a m i c-l i k e b o d y o b t a i n e d a f t e r t h e c a l c i n a t i o n o f t h e c o m p o s i t e s;w h e nM P P i s a t t h e c o m p o n e n t r a t i o o f15 w t%,t h eb e n d i n g s t r e n g t ho f t h es a m p l ea f t e rc a l c i n a t i o na t1000ħe x c e e d s15M P a,a n dt h ed e t e r i o r a t e d m e c h a n i c a l s t r e n g t h o fM P P c a n b e r e s t o r e d b y p o w d e rm o d i f i c a t i o n.K e y w o r d s:H i g h-t e m p e r a t u r e v u l c a n i z e d s i l i c o n e r u b b e r;F l a m e r e t a r d a n t;C e r a m i f i a b l e;M e l a m i n e p o l y p h o s p h a t e(M P P)。
轨道交通新材料研究及应用
轨道交通新材料研究及应用随着城市化进程的加快和人口数量的不断增加，城市交通压力不断增大，传统的交通方式已经无法满足人们的需求。
轨道交通作为一种高效、安全、环保的交通方式逐渐受到人们的青睐。
然而，随着轨道交通的发展，新材料的应用也成为了提高轨道交通技术的重要手段。
一、轨道交通材料的发展现状在轨道交通的建设中，钢材是主要的材料之一。
目前在铁路、地铁、轻轨等轨道交通工程中，钢材使用量占据着相当大的比重。
但是，随着轨道交通的运行速度不断提高和轨道交通线路的不断延长，传统钢材的使用也面临着很多问题。
如钢材自身的重量大、强度较低、耐久性差、维修费用高等问题，这些问题都制约了轨道交通的发展。
因此，新材料在轨道交通应用中的研究和发展显得尤为必要。
二、轨道交通新材料的研究和发展在轨道交通领域中，新材料的研究和发展被认为是促进轨道交通技术革新的重要支撑。
新材料研究主要分为两个方面：一是研究新材料的性能和特性，为推广新材料提供科学依据；二是广泛推广新材料的应用，促进新材料在实际生产和工程应用领域中的应用。
1.碳纤维复合材料碳纤维材料作为一种新型的材料，具有轻、强、耐磨、耐高温等优点。
在轨道交通中，碳纤维复合材料（CFRP）的应用也逐渐成为热门话题。
由于CFRP具有比钢更轻、比玻璃纤维更强的特点，所以可用来替代传统的钢材用于制造列车车身骨架和地铁车厢。
另外，CFRP在噪音降低、经济性等方面也表现出了优秀的性能。
2.纳米技术在新材料中的应用随着纳米技术在各个领域中的应用更加广泛，其在轨道交通新材料中的应用也逐渐被重视。
通过在新材料中加入纳米材料，如纳米银、纳米碳管等，能够大大提升新材料的力学性能、电学性能和耐早期龟裂性能等。
相信随着纳米技术的不断发展，纳米材料在轨道交通新材料中的应用将会越来越广泛。
三、轨道交通新材料的应用领域1.轨道交通车轮制造轮对是列车的重要零部件之一，其耐久性和稳定性直接关系到列车的行驶安全。
目前轮对通常采用的是传统的钢材，但在高速和大负荷的工作条件下，其易产生疲劳和损耗。
钢铁在轨道交通中的应用有哪些
钢铁在轨道交通中的应用有哪些在现代交通领域，轨道交通凭借其高效、安全、环保等优势，成为了人们出行和货物运输的重要方式。
而钢铁作为一种重要的工程材料，在轨道交通的建设和运营中发挥着不可或缺的作用。
接下来，让我们详细了解一下钢铁在轨道交通中的广泛应用。
首先，轨道本身就是由钢铁制成的。
铁轨通常采用高强度的钢材，以承受列车的重量和运行时产生的巨大压力。
这些铁轨需要具备良好的耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性，以确保长期稳定的运行。
为了满足这些要求，钢铁的成分和制造工艺都经过了精心的设计和优化。
例如，采用特定的合金元素来提高钢材的强度和韧性，通过热处理工艺来改善其机械性能。
列车的车身也是钢铁应用的重要领域。
车身结构需要具备足够的强度和刚度，以保障乘客的安全，并在高速运行时保持稳定。
一般来说，会使用高强度的结构钢来制造车身框架，同时采用一些特殊的钢材来制作车门、车窗等部件。
这些钢材不仅要满足强度要求，还要考虑到轻量化的需求，以减少列车的能耗。
在轨道交通的动力系统中，钢铁同样扮演着关键角色。
例如，火车的机车发动机内部有许多钢铁部件，如曲轴、连杆、齿轮等。
这些部件需要承受高温、高压和高转速的工作条件，因此必须采用耐高温、高强度的特殊合金钢。
此外，电动机的外壳、传动轴等也离不开钢铁材料的支持。
转向架是连接列车车身和轨道的重要部件，对列车的运行平稳性和安全性有着至关重要的影响。
转向架中的构架、轮对、轴箱等主要部件通常由优质钢材制造。
为了提高转向架的性能，钢铁材料的质量和加工工艺都需要达到很高的标准。
除了上述主要部件外，轨道交通中的许多零部件也离不开钢铁。
比如，制动系统中的制动盘、制动片，悬挂系统中的弹簧、减震器，电气系统中的电缆桥架、接线盒等等。
这些零部件虽然体积较小，但对于轨道交通的正常运行同样不可或缺。
在轨道交通的基础设施建设中，钢铁的应用也十分广泛。
例如，桥梁的钢梁、支撑柱，隧道的衬砌结构，车站的建筑框架等，都大量使用了各种类型的钢材。
高分子材料在轨道交通中的应用
高分子材料在轨道交通中的应用
高分子材料在轨道交通中有广泛的应用，以下是一些主要的应用领域：
1. 轨道垫板：高分子材料如橡胶垫板可以用于减少轨道与车轮之间的噪音和振动，提高乘坐舒适度。
2. 轨道绝缘材料：高分子材料如聚乙烯、聚氯乙烯等可以用于制造轨道绝缘材料，保证轨道电路的正常运行。
3. 车内装饰材料：高分子材料如塑料、橡胶等可以用于制造车内装饰材料，如座椅、地板、天花板等，具有轻便、耐用、易清洁等优点。
4. 车身材料：高分子材料如碳纤维复合材料可以用于制造高速列车的车身材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点。
5. 刹车片：高分子材料如石棉刹车片可以用于制造轨道交通车辆的刹车片，具有良好的制动性能和耐磨性能。
6. 电缆材料：高分子材料如聚乙烯、聚氯乙烯等可以用于制造轨道交通车辆的电缆材料，具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能。
高分子材料在轨道交通中具有广泛的应用，可以提高轨道交通的安全性、舒适性和经济性。
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1. 减振类
2. 密封类
按产品功能 分为 6 大类
3. 胶管类 4. 摩擦类
5. 绝缘类 6. 内装类
耐高压绝缘线圈 环氧树脂浸渍处理后的电机
聚酰亚胺黄金膜
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
1. 减振类
2. 密封类
按产品功能 分为 6 大类
3. 胶管类 4. 摩擦类
5. 绝缘类 6. 内装类
高反式异戊橡胶
（4）产品应用
NR/TPI共混料所制球铰疲劳性能
检测项目
径向刚度(径向加载30kN，计算 (0-26)kN之间的刚度)
阻尼隔音片材
酚醛树脂发泡顶板
玻纤增强发泡风道
动车组用复合板
芳纶纸蜂窝板
玻璃钢窗板
第三部分
轨道交通领域用新型高分子材料研究进展 1. 改性橡胶系列
高反式异戊橡胶 （1）研究背景
空气弹簧产品
球铰产品
低生热、高回弹、耐疲劳橡胶材料是保证轨道交通弹性元件稳定性的一个必要因素 同时也是高性能橡胶材料发展的一个重要方向。
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
我国轨道交通发展概况 高分子材料在轨道交通领域中的应用概况 轨道交通领域用新型高分子材料研究进展 总结
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第一部分
Байду номын сангаас
我国轨道交通发展概况
我国轨道交通发展历史
中国铁路迄今已有130多年的历史： 从其第一条营业性铁路-上海吴淞铁路(1876年)通车-136年 从其自办的第一条铁路-唐胥铁路(1881年)通车-131年
2013年，湖南省张家界磁悬浮列车作为我国第一个中低速磁悬浮交通项目投入使用， 最大运行速度约每小时120公里，满载可乘坐402人。
上海磁悬浮列车
张家界磁悬浮列车
Page 5
第一部分
我国轨道交通发展概况
高铁、动车
我国是世界上高速铁路发展最快、系统技 术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营 速度最高、在建规模最大的国家。
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第三部分
轨道交通领域用新型高分子材料研究进展 1. 改性橡胶系列
高反式异戊橡胶 （3）技术亮点
NR/TPI并用
CR/TPI并用
将TPI加入到天然橡胶（NR）、氯丁橡胶（CR）中，均大大提高了橡胶体系的疲劳性能
Page 17
第三部分
轨道交通领域用新型高分子材料研究进展 1. 改性橡胶系列
丙烯纤维（丙纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）聚酯纤维 （涤纶）、尼龙纤维（锦纶）
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
按产品功能 分为 6 大类
1. 减振类 2. 密封类 3. 胶管类 4. 摩擦类 5. 绝缘类 6. 内装类
底座锥形减振器
电力机车减振垫
转向架橡胶减振器
客车橡胶止挡
空气弹簧系统
球铰产品
除干线铁路外，我国现还有: 地铁、轻轨线路 磁悬浮线路 高铁、动车线路等
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第一部分
我国轨道交通发展概况
地铁、轻轨
1965年7月1日，中国第一条地铁北京地铁动工，1969年10月1日建成
通车。
1965.2.4-毛泽东“二四”批示
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2001年12月18日，中国大陆第一条轻轨-长春 轻轨一期工程试车成功。
➢ 到2020年，加上其他新建铁路和既有线提速线路，我国铁路快速客运网将达到5万公 里以上，连接所有省会城市和50万人口以上城市，覆盖全国90%以上人口。
➢ 从2010年起至2040年, 将全国主要省市区连接起来,形成国家网络大框架；从2040年 起至2070年, 最迟到2100年前全部建成。实现东部加密、西部连通成网(即连通西部主要 交通枢纽),连接全国主要交通节点城市和旅游景点,使西部地区主要城市可通达任何沿海省 区。
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第一部分
我国轨道交通发展概况
我国轨道交通发展规划
➢ “十二五”时期，仍然是铁路建设加快推进的时期。“十二五”末全国铁路运营里程将 由2010年的9.1万公里增加到12万公里左右。预计到2015年，全国铁路客运量将达到30 亿人，货运量达到48亿吨，与2010年相比，分别增长78.6%、32.2%。
3. 胶管类 4. 摩擦类
5. 绝缘类 6. 内装类
内燃机车耐高温硅胶管
内燃机车耐油胶管、制动软管
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
1. 减振类
2. 密封类
按产品功能 分为 6 大类
3. 胶管类 4. 摩擦类
5. 绝缘类 6. 内装类
缓冲器侧面磨耗板 斜楔磨耗板
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
Page 15
第三部分
轨道交通领域用新型高分子材料研究进展 1. 改性橡胶系列
高反式异戊橡胶 （2）设计思路
天然橡胶(NR)
98
̶
̶
2
异戊橡胶(IR)
(锂) 92 (齐) 97
̶ ̶
2
6
̶
3
高反式异戊橡胶(TPI)
97
TPI 兼具橡塑双重特性：反式链节等同周期短，常温下以折叠链形式存在，当温度低于 60℃即结晶，是一种具有高硬度和高拉伸强度的结晶聚合物；当温度高于60℃时结晶便软 化，能够通过硫化交联成为柔软的弹性体。因此，TPI可作为一种理想的高回弹橡胶改性剂。
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
1. 减振类
2. 密封类
按产品功能 分为 6 大类
3. 胶管类 4. 摩擦类
5. 绝缘类 6. 内装类
制动器防尘套
制动机橡胶膜板
制动阀座垫
内燃机车油气分离器胶管
第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
1. 减振类
2. 密封类
按产品功能 分为 6 大类
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第二部分
高分子材料在轨道交通领域中的应用概况
1. 橡胶类
按材质分类 分为 3 大类
2. 塑料类
3. 纤维类
天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR） 丁苯橡胶（SBR）、三元乙丙橡胶（EPDM） 氯丁橡胶（CR）、丁腈橡胶（NBR） 聚氨酯橡胶（PU）、氟橡胶（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）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）
目前已批准建轨道交通的城市有36个，到2020年 ，我国轨道交通里程将达到6000公里，在轨道交通 方面投资将达4万亿。
上海地铁总长世界第一（424公里，伦敦415公 里第二，纽约375公里第三 2011年8月统计数据） 。
第一部分
我国轨道交通发展概况
磁悬浮
世界上第一条投入商业运营的高速磁悬浮系统-上海磁悬浮列车，最高时速430公里，满 载可乘坐959人。