軌道車(chē)輛內(nèi)裝新材料的應(yīng)用研究

郝婷婷

摘 要：針對(duì)軌道交通內(nèi)裝新材料在高速動(dòng)車(chē)組的應(yīng)用，影響乘客安全性及舒適性等方面，介紹了軌道交通內(nèi)裝新材料的特點(diǎn)，對(duì)合理選擇內(nèi)飾材料，如何引進(jìn)新材料、新工藝、實(shí)現(xiàn)最大的模塊化、輕量化進(jìn)行分析，對(duì)軌道交通內(nèi)裝新材料的應(yīng)用前景和方向進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：夾層復(fù)合結(jié)構(gòu);復(fù)合材料;發(fā)展趨勢(shì);輕量化

在軌道交通飛速發(fā)展的大環(huán)境下，軌道交通內(nèi)裝新材料的研制迎來(lái)了前所未有的發(fā)展契機(jī)，內(nèi)裝產(chǎn)品作為列車(chē)直接面向乘客的窗口，在整車(chē)性能以及乘客安全性、舒適性等方面，都有著不可替代的作用。合理選擇內(nèi)飾材料是內(nèi)飾設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，在此前提下，研究?jī)?nèi)飾產(chǎn)品的輕量化、模塊化等設(shè)計(jì)理念，對(duì)提高列車(chē)內(nèi)飾產(chǎn)品檔次和質(zhì)量、以及節(jié)能降耗有著重要意義。

1 軌道交通內(nèi)裝使用的主要材料

1.1 夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料

復(fù)合產(chǎn)品主要為夾層結(jié)構(gòu)，也就是三明治夾芯結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其具有強(qiáng)度高、剛性好，重量輕、超平整、色澤均一、隔音、隔熱、保溫、防潮、防火、抗風(fēng)壓、抗震、耐候性佳、壽命長(zhǎng)及加工安裝方便、顏色可選性廣等優(yōu)點(diǎn);而且其性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的單板及其他類(lèi)別結(jié)構(gòu)，真正做到“綠色環(huán)保、節(jié)約能源”，實(shí)為現(xiàn)代裝飾首選材料。

1.1.1 按芯材材料分（圖1）

（1）鋁蜂窩復(fù)合板;

（2）泡沫芯復(fù)合板;

（3）紙蜂窩復(fù)合板;

（4）泡沫鋁復(fù)合板;

（5）膠合板復(fù)合板;

（6）瓦楞鋁復(fù)合板。

1.1.2 按蒙皮材料分

（1）鋁面復(fù)合板;

（2）鐵面復(fù)合板;

（3）不銹鋼面復(fù)合板;

（4）防火板面復(fù)合板;

（5）玻璃纖維預(yù)浸料復(fù)合板;

（6）碳纖維預(yù)浸料復(fù)合板。

1.1.3 夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的性能

夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品根據(jù)應(yīng)用部位及組成結(jié)構(gòu)的不同，其主要性能如下：

（1）產(chǎn)品形態(tài)：平板、彎曲板、弧形板、多曲面板等;

（2）厚度：5 mm～50 mm及以上;

（3）平面抗壓：1.0 MPa～5.0 MPa;

（4）平面抗拉：1.5 MPa～6.0 MPa;

（5）彎曲強(qiáng)度：20 MPa～60 MPa;

（6）防火環(huán)保：滿足DIN5510、BS6853、TB3139、

TB3237、EN45545等標(biāo)準(zhǔn)。

復(fù)合材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不僅組合方式十分豐富，性能優(yōu)越，其產(chǎn)品的外觀表面處理也非常廣泛，主要處理方式有：油漆處理、噴塑處理、表面氧化處理、HPL、玻/碳纖維、不銹鋼等蒙皮面本色處理、敷貼裝飾膜處理等。

1.2 復(fù)合材料

按照復(fù)合材料的熱固性可分為玻、碳、芳綸等纖維預(yù)浸料;FRP玻璃鋼;樹(shù)脂發(fā)泡纖維板。

1.2.1 玻、碳、芳綸等纖維預(yù)浸料

預(yù)浸料是增強(qiáng)纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）浸漬樹(shù)脂基體后制備的一種具有優(yōu)異性能的半固化復(fù)合材料，通過(guò)后期磨具進(jìn)行二次固化成型（圖2）。它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、耐蠕變、隔熱、耐磨、消聲、電絕緣等一系列優(yōu)點(diǎn)，纖維增強(qiáng)預(yù)浸材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性。

由于其優(yōu)越的力學(xué)性能，可用于制造剛性好且重量要求輕的產(chǎn)品部件。預(yù)浸料正在成為軌道交通車(chē)輛內(nèi)飾輕量化設(shè)計(jì)中越來(lái)越重要的一類(lèi)材料。

1.2.2 FRP玻璃鋼

玻璃鋼按照工藝類(lèi)別可分為：手糊工藝玻璃鋼、RTM工藝玻璃鋼、SMC模壓玻璃鋼。按照纖維編織類(lèi)別可分為：3D蜂窩玻璃鋼。

在鐵路客車(chē)中手糊工藝玻璃鋼應(yīng)用在地板，優(yōu)點(diǎn)是防潮，輕量化。SMC模壓玻璃鋼應(yīng)用在側(cè)窗板，適合用于同一形狀的批量加工件。

3D蜂窩玻璃鋼（圖3）主要是通過(guò)3D雙針床玻璃纖維織物的纖維拉伸在玻璃鋼產(chǎn)品內(nèi)部形成一個(gè)蜂窩狀的空腔，使產(chǎn)品繼承了普通玻璃鋼產(chǎn)品的成型性能好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，并滿足了輕量化的要求。在鐵路客車(chē)中應(yīng)用在側(cè)頂板、側(cè)墻板、門(mén)罩板。

1.2.3 樹(shù)脂發(fā)泡纖維板

樹(shù)脂發(fā)泡纖維板是由熱固性樹(shù)脂（酚醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂、特種環(huán)氧樹(shù)脂等）和增強(qiáng)纖維層壓至適當(dāng)厚度而成的一種復(fù)合材料。獨(dú)特工藝制成的板材具有很多非常重要的特性：

（1）重量輕，其標(biāo)準(zhǔn)密度為210 kg/m3，密度可根據(jù)產(chǎn)品性能進(jìn)行變化;

（2）成型后尺寸穩(wěn)定，不因環(huán)境的變化而產(chǎn)生變形;

（3）可成型性優(yōu)越，可3D成型，制成不同形狀的產(chǎn)品;

（4）防火、環(huán)保性能優(yōu)越。

該材料根據(jù)不同產(chǎn)品不同的性能要求，選擇合適的產(chǎn)品密度及復(fù)合不同的面層（預(yù)浸料、鋁板等）進(jìn)行組合，從而達(dá)到最優(yōu)的產(chǎn)品性能。所以目前在汽車(chē)、船舶、軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在列車(chē)上的應(yīng)用部位有風(fēng)道、客室頂板、端墻等。

2 內(nèi)裝新材料在軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展方向

2.1 輕量化是軌道交通發(fā)展的必然趨勢(shì)

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)開(kāi)通地鐵的城市有32座，然而一個(gè)現(xiàn)實(shí)是迄今為止全國(guó)也僅僅有三條地鐵線路實(shí)現(xiàn)盈利，分別是北京4號(hào)線、機(jī)場(chǎng)線和上海1號(hào)線。因此如何降低地鐵車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)成本是擺在我們面前的一個(gè)重要課題。而要降低地鐵車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)成本，車(chē)輛輕量化是比較有效的。

2.2 輕量化應(yīng)用

（1）中頂板：鋁板模壓成型：采用1.5 mm鋁板模壓成型，成本較低，重量8.5 kg/m2。在高速動(dòng)車(chē)組中廣泛應(yīng)用;

（2）瓦楞板中頂板：設(shè)計(jì)厚度為10 mm，產(chǎn)品成型后剛度好，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高等特點(diǎn)，重量為5 kg/m2。在地鐵、高速動(dòng)車(chē)組中廣泛應(yīng)用;

（3）預(yù)浸料復(fù)合板：設(shè)計(jì)厚度為10 mm，產(chǎn)品成型性能好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、根據(jù)客戶要求可以制造各種3D曲面造型，隔音、隔熱性能優(yōu)越，重量為3 kg/m2，更能體現(xiàn)產(chǎn)品的輕量化。在近年生產(chǎn)的高速動(dòng)車(chē)組中廣泛應(yīng)用;

（4）側(cè)頂板：采用SMC模壓成型玻璃鋼，密度5.4 kg/m2，為了更好的滿足輕量化設(shè)計(jì)要求，采用樹(shù)脂發(fā)泡纖維板替代玻璃鋼進(jìn)行側(cè)頂板產(chǎn)品制作，成型性能好，3 kg/m2，滿足產(chǎn)品使用要求。

3 內(nèi)裝設(shè)備的材料選擇

高鐵技術(shù)日新月異，如何做到更快、更輕、更環(huán)保？設(shè)計(jì)中需要考慮更多的因素，要突破一個(gè)又一個(gè)難題。為了達(dá)到車(chē)輛輕量化及防腐、耐蝕性的目的，我們選用材質(zhì)較輕，抗腐蝕性能好的材料。新材料在“復(fù)興號(hào)”上應(yīng)用也十分廣泛，如通過(guò)臺(tái)區(qū)域的間壁，采用新型鋁蜂窩復(fù)合板的結(jié)構(gòu)，重量輕、整體性強(qiáng)、外觀覆膜更加美觀大氣。“復(fù)興號(hào)”上客室行李架以新型復(fù)合材料板代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃，更加輕量化，更美觀。頂板采用鋁瓦楞板代替鋁蜂窩板，降低了成本，提高了可塑性。

4 總結(jié)

新材料在高速動(dòng)車(chē)組上的應(yīng)用大大延長(zhǎng)了車(chē)輛的使用壽命、降低車(chē)輛自重系數(shù)、提高車(chē)輛系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇曉洲.中國(guó)高鐵“復(fù)興號(hào)”領(lǐng)跑世界速度[J].科學(xué)大觀園，2020（19）：35-37.

[2]GJB 130.9-86，膠接鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能實(shí)驗(yàn)方法[S].

[3]佟立本.高速鐵路概論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2017.

[4]TB/T 3139-2006，機(jī)車(chē)車(chē)輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)限量[S].

[5]EN50126-1999，鐵路應(yīng)用可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性技術(shù)條件和驗(yàn)證（RAMS）[S].