淺談城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用研究

趙瑞廣

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國城市軌道建設(shè)速度在不斷加快。加之科技水平的進(jìn)步，更多的新技術(shù)以及新材料在軌道交通中廣泛應(yīng)用，并促進(jìn)了軌道交通的更快發(fā)展。本文將對新型材料在城市軌道交通中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ψx者提供一些借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;材料;應(yīng)用;發(fā)展

1 前言

城市軌道交通是人們出行的重要方式，軌道交通的發(fā)展直接體現(xiàn)出了城市的發(fā)展水平。因此，城市建設(shè)與軌道交通是相輔相成，相互促進(jìn)的。

2 新型材料的特性要求

1）綠色環(huán)保性。非金屬及其復(fù)合材料可能包含有害物質(zhì)或使有害氣體揮發(fā)。在此環(huán)境中長期居住的人會(huì)被這些有害物質(zhì)或氣體造成損傷，人體的各種系統(tǒng)會(huì)造成傷害并影響身體健康。同樣，當(dāng)這些材料被丟棄時(shí)，處置不當(dāng)也會(huì)造成環(huán)境污染。

2）燃燒安全性。各種新材料的大規(guī)模開發(fā)和應(yīng)用也增加了潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)因素。內(nèi)部系統(tǒng)的消防安全要求是鐵路運(yùn)輸設(shè)備安全的重要方面，并且關(guān)系到乘員和乘客的安全，因此對材料燃燒安全的要求相對嚴(yán)格。選擇符合要求的材料并指導(dǎo)供應(yīng)商提供符合要求的材料和產(chǎn)品以確保內(nèi)部系統(tǒng)符合防火安全的方法是當(dāng)前設(shè)計(jì)中內(nèi)部系統(tǒng)的優(yōu)先事項(xiàng)。當(dāng)前確保消防安全的設(shè)計(jì)材料和產(chǎn)品已成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問題。

3）粘結(jié)應(yīng)用性。由于室內(nèi)裝潢和其他造型需要以及成型工藝的需要，許多類型的復(fù)合材料被廣泛用于乘客內(nèi)飾。由于非金屬材料的不可焊接性和粘合技術(shù)的優(yōu)勢，粘合劑被廣泛用于鐵路運(yùn)輸行業(yè)。對于競爭激烈的市場中的鐵路公司而言，良好的粘接是必不可少的途徑和關(guān)鍵技術(shù)。但是，連接技術(shù)是一項(xiàng)重要的特殊技術(shù)，連接質(zhì)量很難得到保證。因連接技術(shù)具有很強(qiáng)的專業(yè)性，通過無損檢測很難驗(yàn)證接頭質(zhì)量，加之粘結(jié)連接技術(shù)的局限性，粘結(jié)合產(chǎn)品僅取決于合理的鍵合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只有依靠合理的粘接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，正確的粘接操作工藝和完善的粘接技術(shù)體系保證。

4）使用維護(hù)性。非金屬及其復(fù)合材料具有漂亮的形狀，但非金屬及其復(fù)合材料成型工藝簡單，重量輕，強(qiáng)度高和比剛度高，但是與真實(shí)金屬材料相比，還是稍顯不足。所以非金屬材料及產(chǎn)品的耐磨及抗破壞等（老化、斷裂、破損），損傷或失效功能、性能的修復(fù)，延長服役壽命等應(yīng)用維護(hù)性更是設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的。

3 聚碳酸酯材料的應(yīng)用

聚碳酸酯，即俗稱的PC材料，與傳統(tǒng)的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）輕量化優(yōu)勢：相同厚度和面積的PC的重量僅為玻璃重量的一半，并且減光效果明顯。

2）力學(xué)性能優(yōu)勢：作為一種由有機(jī)聚合物鏈狀結(jié)構(gòu)組成的PC材料，其韌性和強(qiáng)度比玻璃強(qiáng)得多，這主要體現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等方面。在實(shí)際使用中，PC不會(huì)自行爆炸，也不會(huì)因外力的作用而被壓碎，從而提高了安全性。

3）隔熱性優(yōu)勢：PCk值比玻璃低約10%，可以更好地隔離冬天的熱損失和夏天的熱傳遞。在冬天或夏天，與玻璃相比，空調(diào)環(huán)境不會(huì)感到冷。

4）隔聲性優(yōu)勢：阻隔分貝值較玻璃高10%左右，可以更好的隔絕噪音。

5）抗劃傷方面：經(jīng)過硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗劃傷效果。

綜上所述：總之，聚碳酸酯材料具有一系列玻璃的性能特征，但它們的重量僅為玻璃的一半，而且重量輕且具有明顯的優(yōu)勢。內(nèi)部系統(tǒng)的窗戶，屏幕和行李架可以由聚碳酸酯制成，而不是由現(xiàn)有的鋼化玻璃制成。

4 預(yù)浸料的應(yīng)用

預(yù)浸料是樹脂基體浸漬纖維或纖維布，制成的具有一定性能的組合物，它的性能好壞直接決定了制成的復(fù)合材料的性能好壞，且預(yù)浸料某些性質(zhì)更是會(huì)直接帶入復(fù)合材料中，故而預(yù)浸料的性能會(huì)對預(yù)浸料性能產(chǎn)生較大影響。由于預(yù)浸料在制備后到使用往往需要經(jīng)過一段時(shí)間進(jìn)行運(yùn)輸以及加工，所以其基體樹脂在這段時(shí)間內(nèi)可能會(huì)發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)則會(huì)嚴(yán)重影響預(yù)浸料的使用性能以及復(fù)合材料制品的性能。從應(yīng)用情況來看預(yù)浸料及其復(fù)合材料具有低毒、低煙、強(qiáng)度大、質(zhì)輕和阻燃等性能，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

由于預(yù)浸料具有良好的力學(xué)性能、外形尺寸精度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在輕量化需求越來越高的情況下，目前預(yù)浸料開始應(yīng)用于軌道行業(yè)內(nèi)裝系統(tǒng)中，比如中頂板、側(cè)頂板、側(cè)墻、門立罩、客室電器柜、車頭等各個(gè)系統(tǒng)中，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，后續(xù)將有大量的應(yīng)用需求。

5 碳纖維材料的應(yīng)用

碳纖維是一種能像鋼那樣導(dǎo)電，并且具有許多熱，機(jī)械和電特性。碳纖維材料比耐熱鋼更耐高溫，比不銹鋼更耐腐蝕，但比鋁密度小，比鋼強(qiáng)。

1）耐腐蝕性能優(yōu)越。首先，碳纖維材料不僅具有碳材料固有的特性，而且具有纖維材料的柔軟性和加工容易性。碳纖維材料的楊氏模量是傳統(tǒng)玻璃纖維的三倍，是凱芙拉纖維的兩倍。此外，碳纖維材料不會(huì)溶脹和溶解在酸，堿和有機(jī)溶劑中，并且具有出色的耐腐蝕性。

2）密度小、強(qiáng)度高。目前，玻璃纖維增強(qiáng)的低密度，高強(qiáng)度熱固性塑料是中國大多數(shù)城市軌道交通車輛的駕駛室遮罩材料，碳纖維的密度和強(qiáng)度均低于玻璃纖維。通常，城市鐵路車輛的面罩重量在250kg至320kg之間，但是必須使用碳纖維增強(qiáng)的熱固性玻璃來減輕車輛的重量。

3）抗拉強(qiáng)度高。碳纖維的抗張強(qiáng)度是玻璃纖維的兩倍以上，是鋼的7至8倍以上，但碳纖維的密度僅為玻璃纖維的2/3和鋼的1/5。在制造地鐵車輛駕駛員座椅面罩時(shí)，使用碳纖維材料代替玻璃纖維可以滿足面罩的性能標(biāo)準(zhǔn)，并促進(jìn)輕軌方向上城市軌道交通車輛的發(fā)展。未來用于汽車內(nèi)飾件的材料的選擇將越來越傾向于具有優(yōu)異性能的碳纖維材料。

4）構(gòu)件自重小、剛度大。通常，材料的比模量越高，部件越硬，比強(qiáng)度越高，部件的重量越低。碳纖維材料是具有高比模量和強(qiáng)度，低部件重量和高剛性的優(yōu)異材料。

6 化工新材料在軌道交通領(lǐng)域未來發(fā)展重點(diǎn)

新化學(xué)材料在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到一定規(guī)模，將來新化學(xué)藥品的應(yīng)用將繼續(xù)集中在高分子材料和特種化學(xué)藥品上。“十三五”期間，中國鐵路運(yùn)輸新材料年平均消費(fèi)量為80萬噸，市場總規(guī)模約為220億元。首先是研究在鐵路運(yùn)輸設(shè)備上使用更多類型的新化學(xué)品的可能性，并促進(jìn)它們進(jìn)一步提高鐵路設(shè)備上使用新化學(xué)品的比率。二是根據(jù)材料功能設(shè)備的需求，提高材料的技術(shù)水平，開發(fā)更多種類的復(fù)合材料。其三是著眼于材料的使用性能，鐵路運(yùn)輸設(shè)備中使用了新的化學(xué)材料。一方面，它必須反映其高級功能，另一方面，必須保證服務(wù)的性能在長期使用后保持穩(wěn)定。增加新化學(xué)藥品在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域中的應(yīng)用率是最近的重要發(fā)展方向。

7 結(jié)束語

綜上所述，作者在本文之中對其進(jìn)行了全面的剖析，希望能夠給予大家一些啟發(fā)，各種新型的材料在城市軌道交通中的應(yīng)用越來越廣泛，也帶動(dòng)了城市的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以交通帶動(dòng)城市更快的進(jìn)步，為現(xiàn)代化城市奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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