城市軌道交通車輛車體隔熱材料及其應用

2013-05-30 05:18:46

裝備機械 2013年1期

0 引言

城市軌道交通車輛上熱傳遞方式主要有3種：熱傳導、對流和輻射。在車輛靜止及運行過程中，熱傳遞的三種方式是同時進行的。

熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式，車輛的熱傳導是通過車體鋁結構以及與其接觸的零部件進行的；靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流，氣體的對流現象比液體更明顯。車輛在靜止及運行過程中，空氣會通過車體結構的縫隙或空調進入車廂內部，從而產生空氣的對流；熱輻射是指受熱物體以電磁輻射的形式向外界發射并傳送能量的過程，物體溫度越高，輻射越強。

車輛外部熱源主要有：

(1)太陽的輻射；

(2)車下電氣設備運行時產生的熱量；

(3)空調機組運行時產生的熱量。

車輛內部熱源主要有：

(1)車內電氣設備運行時產生的熱量；

(2)乘客散發熱量；

(3)空調出風口的熱量。

為了減少車輛熱傳遞給乘客帶來的不適，減少車輛能量的損耗，提高能量的利用率，車體內外必須在適當位置鋪上隔熱材料。結合車輛的保溫、防火要求，隔熱材料還必須具有不燃、無毒、保溫及吸聲性能好等特點。

1 車輛車體隔熱材料設計方法及安裝方式

在早期的設計中，隔熱材料是完全按照車體鋼結構的實際分塊進行繪制并標注所有尺寸，配套廠家按圖樣制作并進行編號，但在實際安裝過程中對號非常困難，且因鋼結構的誤差往往造成尺寸配合不理想，后改為由設計圖樣規定各種不同厚度規格的總需要量，配套廠家現車測量、定制和安裝，目前生產的各型客車均采用這種方式。從理論上看，這種簡化設計的方法似乎不合要求，但實際效果比原設計方法好，有利于減少差錯，加快生產進度和提高安裝質量。

車體隔熱材料一般都包有鋁箔，安裝要求是：嚴密、密貼、牢固；隔熱材料接縫處須用鋁箔膠帶封邊。安裝方式主要有以下幾種：

(1)防寒釘

采用接觸焊把專用鐵釘焊接或粘接在車體鋼結構頂板或墻板上，穿透隔熱材料和壓鐵再環頭固定（見圖1）。對于軟質和硬質防寒材均采用過防寒釘固定方式。這種方式雖簡易可行，但焊點對頂板或墻板腐蝕太大，容易脫落，經常造成返工。

圖1 防寒釘

(2)粘接

用雙面膠帶或膠水等材料將防寒材粘接到車體上，車體側墻、內部底架的隔熱材料大多采用這種安裝方式。

(3)壓條固定

壓條固定是指用鋁板或鋼板將隔熱材料拉鉚固定到車體上，一般用于車下隔熱材料的固定，可以防止隔熱材料在車輛運行過程中脫落，車體內部有運動機構或電氣柜區域的隔熱材料也可用壓條固定以防止隔熱材料脫落影響設備的正常工作（見圖2）。

圖2 隔熱材料壓條固定

車體隔熱材料安裝見圖3。

圖3 車體隔熱材料安裝

2 隔熱材料介紹

2.1 超細玻璃絲棉

玻璃棉：由熔融玻璃制成的一種礦物棉（見圖4）。

玻璃棉板：玻璃棉施加熱固性粘結劑制成的具有一定剛度的板狀制品。

圖3 超細玻璃絲棉

2.1.1 基本特性

(1)在高、低溫環境中均具有良好的保溫性能；

(2)對中頻到高頻的各種聲波、噪聲均有良好的吸聲效果；但由于其性脆易斷，受潮后吸聲性能下降嚴重；

(3)化學性質穩定，不變質，不腐爛，基本無老化現象，不燃燒，不產生有害氣體及有毒物質，不易粉化，長期使用性能不變；

(4)玻璃絲吸濕率小，在潮濕條件下含水率低，具有良好的憎水作用。玻璃絲棉通氣性能好，有防潮機能；

(5)質地堅挺，富有彈性，對任何方向的壓力都具有良好的彈性恢復力；

(6)超細玻璃絲棉屬于不燃材料，其氧指數＞50，在燃燒時發煙系數極低，基本無有害氣體產生；

(7)超細玻璃絲棉的價格較低，其復合鋁箔后防火阻燃性能可以提高，但成本均增加30%。

超細玻璃棉板的主要物理性能指標及試驗方法見表1。

表1 超細玻璃棉板的主要物理性能指標及試驗方法

2.1.2 使用情況

超細玻璃絲棉在車輛上使用非常廣泛，是應用得比較早的隔熱材料。可用于車頂、側墻、端墻、底架等各個部位，由于超細玻璃絲棉呈棉絮狀，對皮膚有刺痛感，所以超細玻璃絲綿隔熱板都要外包鋁箔（見圖5），減少對工人的傷害。

圖5 安裝在車體上的超細玻璃絲綿板

2.2 三聚氰胺樹脂發泡材料

三聚氰胺樹脂發泡材料是以三聚氰胺樹脂泡沫為原料得到的，三聚氰胺自身有很好的阻燃性，因此在生產過程中無需添加阻燃劑，在燃燒過程中產生的煙霧量小，且自動結焦不產生流滴，符合健康環保的要求，還具有良好的吸聲性能（見圖6）。

圖6 三聚氰胺樹脂發泡材料

2.2.1 性能參數

三聚氰胺樹脂發泡材料的性能參數見表2。

表2 三聚氰胺樹脂發泡材料的性能參數

2.2.2 使用情況

三聚氰胺泡棉也是常用隔熱材料，常用在車體鋁結構的車頂和端墻等部位，一般自帶鋁箔和背膠（見圖7）。

圖7 安裝在車體上的三聚氰胺泡棉板

2.3 巖棉

又稱巖石棉，是礦物棉的一種。以天然巖石如玄武巖、輝長巖、白云石、鐵礦石、鋁礬土及礦物等為主要原料，經高溫熔化、纖維化而制成的蓬松狀短細纖維（見圖8）。

圖8 巖棉

2.3.1 基本特性

(1)絕熱性能：絕熱性能好是巖棉、礦渣棉制品的基本特性，在常溫條件下（25℃左右）它們的熱導率通常在0.03～0.048W/mK之間；

(2)燃燒性能：巖棉、礦渣棉制品的燃燒性能取決于其中可燃性粘接劑的多少。巖棉、礦渣棉本身屬無機質硅酸鹽纖維，不可燃，在加工成制品的過程中，有時要加入有機粘接劑或添加物，這些對制品的燃燒性能會產生一定影響；

(3)隔聲性能：巖棉、礦渣棉制品具有優良的隔聲和吸聲性能，其吸聲機理是這種制品具有多孔性結構，當聲波通過時，由于流阻的作用產生摩擦，使聲能的一部分為纖維所吸收，阻礙了聲波的傳遞。

(4)防潮性能：巖棉各項性能非常穩定，具有良好的防潮性能。

2.3.2 性能參數

巖棉的主要性能參數見表3。

表3 巖棉的性能參數

2.3.3 使用情況

目前上海6、8號線地鐵車車體隔熱材都是用的巖棉。

2.4 礦棉板

礦棉板是以礦渣棉或巖棉為主要原料加適量添加劑，經配料、成型及固化等工序加工而成，廣泛用作城軌車輛隔熱材（見圖9）。

圖9 礦棉板

2.4.1 基本特性

(1)降噪隔聲性：礦棉板以礦棉為主要生產原料，而礦棉微孔發達，減少聲波反射、消除回聲、可隔絕噪聲；

(2)防火性：防火是衡量隔熱材好壞的一個重要特性，礦棉板以不燃的礦棉為主要原料制成，本身不會燃燒，是優秀的防火材料。

2.4.2 性能參數（見表4）

表4 礦棉板性能參數

2.4.3 使用情況

礦棉板對皮膚沒有刺激性，比超細玻璃絲棉環保，廣泛用作地鐵輕軌整車防寒，如北京4號線、北京8號線、沈陽1號線、沈陽2號線、成都1號線、成都2號線等（見圖10）。

圖10 陶瓷纖維板在車體鋁結構上的安裝示意

2.5 橡膠發泡材料

橡膠發泡材料是以橡膠為主要原料經過發泡而成的柔性閉泡絕熱材料。車輛上用的橡膠發泡材料主要為福樂斯（見圖11）。

圖11 橡膠發泡材料

2.5.1 基本特性

福樂斯呈灰色，無纖維粉塵，不含甲醛等工質，具有很低的導熱系數（ 0 ℃ 時導熱系數λ≤0.033W/mK）,同時具備超強的抗水汽滲透能力（濕阻因子μ≥12000）,材料的使用壽命更長、長期運行節能效果更明顯、日常維修保養費用更低。福樂斯具備了優異的防潮阻濕性能，即使表面的局部破損，都不會削弱產品抵抗水汽滲透的能力，始終保證導熱系數的長期穩定。

福樂斯有著優異的防火性能。根據中國建材防火等級標準GB8624, 福樂斯系列產品可達到難燃B級，符合國家建筑防火規范要求。

2.5.2 福樂斯的性能參數見表5