論環保型水性阻尼涂料在高鐵車輛上的應用

劉志強 楊曉宏 陳宏 竇磊 趙軒

摘 要 高鐵高速行駛過程中，車體所有機構部件都會產生劇烈的振動，而機械振動會產生相應的機械波，這是形成噪音的主要原因。為了能夠有效抑制噪音，減少因噪音給車體帶來故障以及能夠為旅客創造更加安靜舒適的乘車環境，本文從較小噪音的角度，分析了環保型水性阻尼涂料的性能，工藝及優點。本文探討了環保型水性阻尼涂料在高鐵車輛上的應用。首先對高鐵行駛噪聲成因進行了分析，找出噪聲來源，然后闡述了環保型水性阻尼材料的性能及作用，證明了環保型水性阻尼涂料是現代高鐵車輛涂裝施工材料首選，接著詳細闡述了環保型水性阻尼涂料施工工藝，最后給出了施工注意事項。

關鍵詞 環保型 水性阻尼涂料 高鐵車輛 工藝流程

中圖分類號：U453.8+2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）02-0031-03

1 高鐵行駛噪聲成因分析

當高鐵高速行駛中，隨著機械振動的不斷變化，形成的噪音也不可忽視，其強弱會影響車內旅客，破環行駛環境，進而降低了舒適度這一指標。經研究證實，軌道客車車輛振動有其特殊性，即通常把人體感知噪聲頻率分為三段，30赫茲以下定義為低頻段，30赫茲至100赫茲定義為中頻段，100赫茲以上定義為高頻段。當高鐵客車快速運行時，國際上對噪聲標準做了如下的規定：一等車的車廂內部噪聲小于65分貝，二等車的車廂內部小于68分貝，否則，一旦超過標準，致使車體內部噪聲嚴重超標，破壞舒適性環境，嚴重的還可能導致車體機構損壞，出現故障。車內噪聲包括轉向架噪聲，空氣摩擦阻力噪聲以及車體內部構件聲波傳遞，可通過車體型腔竄入，如果門窗年久會產生縫隙，噪聲也會竄入。

2 環保型水性阻尼材料的性能及作用

2.1 環保型水性阻尼材料的性能

瀝青基阻尼材料是一種由瀝青制成的高粘彈性材料，添加礦物質的混合料、橡膠和合成橡膠。溫度、激勵幅值和振動頻率對普通瀝青基阻尼材料的動態力學性能有很大影響。普通瀝青材料在低溫下很脆，溫度帶很窄。在瀝青基阻尼材料中加入SBS，可以提高材料的儲能模量、機械損耗因子和高溫敏感性。在其中分別加入一定量的粘土、石油樹脂和碳酸鈣，通過對瀝青基阻尼材料的改性，進一步提高了材料的動態力學性能和聲學性能。

丁基橡膠是異丁烯和少量異戊二烯的共聚物。長聚異丁烯段之間的低不飽和度導致了優異的抗滲性、空氣保持性和良好的穩定性?丁基橡膠的防爆性能。丁基橡膠阻尼材料的研究涉及到改善其低溫性能和將其功能區擴展到高溫。與其它彈性體共混、共硫化可提高丁基橡膠的低溫性能。通過在丁基橡膠中添加樹脂組分，使功能區擴展到更高的溫度。加入石油樹脂以提高表面的粘接強度。氯化丁基橡膠阻尼材料是二元氯化丁基橡膠/AO-80共混物和氯化丁基橡膠/石油樹脂共混物。另外，在CIIR/石油樹脂共混物中加入AO-80對共混物的阻尼性能進行調節，獲得了16種丁基橡膠化合物。

水性阻尼涂料是以水性樹脂、分散劑和大量云母、碳酸鈣為主要原料制成的一種噴涂涂料。水性涂料的減振降噪能力取決于材料損耗系數。我們調查了?共混樹脂體系及不同粒徑和用量云母對阻尼涂料性能的影響。隨著云母粒徑的增大，高阻尼溫度范圍變寬，阻尼峰值減小。云母含量的增加降低了對高溫的敏感性溫度范圍、損耗因子較高的樹脂共混體系的阻尼涂層是特殊的，旨在降低機車車輛內部振動和產生噪聲。測量活動中使用了10種不同厚度的水基阻尼材料和粘鋼層壓板。

在相同的測量情況下，瀝青基和丁基橡膠阻尼板的阻尼處理可在整個頻率范圍內不同程度地降低車廂內每個測量位置的振動水平。前一種阻尼材料與水基涂層一起降低了車廂的未加權均方根加速度0.08-0.79m/s2，后一種阻尼材料降低了約0.06-0.49m/s2。結果表明，瀝青基阻尼材料比丁基橡膠阻尼材料能在更寬的頻率范圍內降低振動。阻尼材料減少了車廂的低頻振動。車廂的阻尼處理可以在25到160赫茲的頻率范圍內衰減噪聲的主要成分。部分原因是三種阻尼材料的聲傳輸損失不同，瀝青基阻尼材料、水性涂料和丁基橡膠材料的噪聲加權聲壓級分別降低了5–8dBA和1–6dBA。

2.2 環保型水性阻尼材料的作用

材料阻尼是利用玻璃化轉變區的粘彈性阻尼能力，從振動系統中提取機械能或聲能，并將其轉化為熱能?？紤]到鐵路車輛內部噪聲的頻譜特性，提出了瀝青基阻尼材料、丁基橡膠阻尼材料和水性阻尼涂層三種新型阻尼材料，為降低車廂內噪聲的主要成分，開發了用于鐵路車廂阻尼處理的新技術。

應用隔音材料是當前有效降低噪聲的主要方法之一，隔音材料能夠增強車體高速行駛中的隔音效果，進而為旅客營造良好環境氛圍，使旅客體驗更加舒適。環保性能是當前高鐵車體涂裝工程的首要考慮因素，環保型水性阻尼涂料應運而生。這種涂料優點十分明顯，從人身安全角度來看，當車體進行涂裝施工作業時，該涂料化學成分對施工人員身體有害物質攝入有效降低;從環保角度來看，對環境污染減小到最低程度，且其具有眾多包括減小振動降低噪聲等的優點，是現代高鐵車輛涂裝施工材料首選。

3 環保型水性阻尼涂料施工工藝及注意事項

隨著鐵路客車的飛速發展，中車長春軌道客車股份有限公司的車輛生產也有了比較長足的發展，然而，車型的改進為流線型的車頭帶有曲率半徑的車體以及內部結構不斷的改進，同樣給我們的涂裝生產帶來了一定的難度。在技術人員的指導下，不斷地摸索并總結出一些好的施工方法應用在生產中，使環保型水性阻尼涂料體系涂裝質量有了很大的提高。以下是環保型阻尼降噪材料的施工方法，以及遮蔽和噴涂的一些施工方法。

3.1 環保型水性阻尼涂料施工工藝

在施工之前，首要檢查涂料是否混合均勻，如不均勻，則影響施工效果和涂料本身性能。圖1為環保型水性阻尼涂料施工前攪拌，可利用攪拌機完成。

然后進行車體防護工序。根據圖紙用膠帶及塑料布對不噴阻尼漿的部位進行防護，包括C型槽、座椅安裝孔、車窗、地板木骨上表面等部位，如圖2所示。

當阻尼涂料被噴涂時，其施工厚度有具體嚴格要求。噴涂時須層層疊加，第一層獲得的濕膜厚度在3毫米左右，如圖3所示;第二層根據實際要求噴涂，獲得一定的厚度濕膜，如圖4所示?？筛鶕缦聴l件判別：干膜厚度不小于濕膜厚度與固含量的乘積。

根據不同部位，噴涂方法也不盡相同，例如車外底架使用面漆，而車內則不使用。干膜厚度：轉向架區域BES黑色阻尼漿厚度3-4.5mm;底架中間區域123WF白色阻尼漿厚度1-2mm;車體內地板1.5-5mm 、端墻123WF白色阻尼漿厚度3.5-5mm;頂子及側墻內部123WF白色阻尼漿厚度1.5-3.5mm。環保型阻尼漿噴涂厚度要求必須均勻，避免邊緣處的薄層或堆積。噴涂一遍后用測量尺測量濕膜厚度并清理邊角殘料，阻尼漿的收縮率20%-25%，如厚度不足可噴涂第二遍。平滑區域需過度處理：根據圖紙對需要平滑處理的環保型阻尼漿區域，噴完完畢后及時用刮刀抹平滑。

根據多功能水性阻尼涂料的生產過程及結果，軌道車輛行業使用環保型多功能水性阻尼涂料具有明顯優勢。環保型多功能水性阻尼涂料是一種對環境無害的新型環保材料，不會造成環境二次污染。

3.2 環保型水性阻尼涂料施工注意事項

環保型水性阻尼涂料施工注意事項如下：第一，遮蔽時一定要遮蔽嚴，以防止落上油漆或油霧，造成返工;第二，擦車時一定要將車體擦拭干凈，如發現有擦拭不掉的油脂等問題，可用脫脂劑或稀釋劑擦拭，以確保車體潔凈;第三，檢查時一旦發現問題，要及時處理，避免影響整體質量;第四，噴涂時要嚴格按照工藝文件、施工參數及要求進行噴涂，防止粗質爛造。優秀操作法的使用，提高了產品質量，在減少返修率的同時，也減少了原材料的消耗，降低了勞動強度，同時也培養、增強了員工一專多能的技術水平。

4 結論

綜上所述，本文提出了在車廂上處理雙層阻尼的應用方法。運行試驗表明，三種新型阻尼材料均能有效地降低車內振動和噪聲，為乘客提供相對運動和聲音更為舒適的出行環境。研究表明，列車速度和測量位置的選擇對降低列車內部振動和噪聲有很大的影響。使用適當的聲音測量，可以評估和預測更準確的環境下使用不同的阻尼材料來降低內部噪音。

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