鐵路客車用HPL裝飾面板開裂原因探究

中圖分類號： TQ433.4⁺31 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0031-04

Study on the causes of cracking of HPL decorative panel for railway passenger cars

HOU Xinying1，WANG Caizhen1， ZHANG Jingfen2， ZHANG Yuxian2，CHEN Xiuning2 （1.CRRC Qingdao Sifang Railway Co.，Ltd.，Qingdao 266111，Shandong China; 2.Yifa New Materials Research Institute（Jiangsu） Co.，Ltd.，Changzhou 213O11，Jiangsu China）

Abstract：Inthis paper，bysimulatingtheactualoperating environmentof thebus，thefailure analysis ofthesurface crackingof thedecorative panelissystematicallycarriedout.Firstof all，theperformanceofthefire-proof decorative panel itself，the performanceof the adhesive used forbonding and its matching degree were deeply explored.Secondly，the influence mechanism of presing process parameters，surface opening shapeand otherfactors on the performanceofdecorative panelwas further analyzedbytaking the staticbending strengthof decorative panelas the keyindex.Finaly，based on the above research results，the solutions to improve the cracking problem of the veneer were proposed from the aspects of optimizing the material properties of the vener，reasonably selecting the adhesive type and improving the production process.

KeyWords：decorativepanels;surfacecracking;adhesive;linearthermalexpansioncoeficient;staticbendingstrength

防火飾面板，又名高壓層壓板（HPL），是一種兼具裝飾性與耐火性的優質材料，在軌道車輛內裝領域得到廣泛應用[1-3]。然而，在實際使用過程中，飾面板頻繁出現開裂問題[46，不僅大幅增加了客車制造廠家的維修/更換成本，也嚴重影響制造廠家的質量信譽，而且對軌道車輛的運行安全構成潛在威脅7-8]。因此，探究飾面板開裂的原因，對于提升軌道車輛整體質量和保障客車安全運營具有至關重要的意義[]

鑒于此，本文旨在模擬客車運行時的實際環境，通過深入分析客車運行過程中飾面板、用于粘接的膠粘劑以及裝飾板（飾面板和芯材粘接后得到）等相關材料的性能變化情況，深入探究防火飾面板產生裂紋的內在機理，進而為后續有效解決此類質量問題提供可靠的依據。

1試驗部分

1.1 試驗方案

飾面板在服役過程中，受到溫/濕度、交變應力和車輛的振動等多種因素的影響[12-14]。因此本文采用人工加速老化的方式模擬客車的運行工況，研究分析飾面板、膠粘劑和裝飾板等材料的性能，以及材料性能在客車運行過程中在外部條件的影響下的變化趨勢。根據材料性能變化規律，歸納和分析防火飾面板開裂的機理。客車的運行的工況采用IS09142—2003中的D4循環進行模擬[15]，周期：28d，模擬溫度范圍-40～70 C₀

1.2 試驗材料

厚度為 1mm 的飾面板（市售，M品牌和R品牌）;厚度 0.7mm 的飾面板（市售，M品牌和R品牌）;氯丁膠（太阿棒）（日本野川化學DIABOND）；脲醛膠-冬季（客戶提供）;脲醛膠-夏季（客戶提供）。靜曲強度測試樣件（ 450mm×50mm×22mm） 。

1.3 試驗設備

SETH-A-040L型高低溫（濕熱）老化箱；LD26.105型電子萬能試驗機；TC-9240A型電熱恒溫鼓風干燥箱；TMA-Q400型熱機械分析儀；HD-6型測厚儀；FA3004型分析天平。

1.4 樣件測試

1.4.1 耐沸水測試

耐沸水性能測試按照GB/T17657—2022《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》進行。樣片尺寸：50 mm×50mm ，邊緣用防水膠帶密封。

1.4.2線性膨脹系數測試

線性熱膨脹系數的檢測依據GB/T36800.2—2018《塑料熱機械分析法（TMA）第2部分：線性熱膨脹系數和玻璃化轉變溫度的測定》17]。

1.4.3 抗拉強度測試

飾面板的抗拉強度測試依據標準GB/T17657—2022（第4.24節）進行測試。

1.4.4拉伸剪切強度測試

拉剪強度測試選用出現開裂較多的直板為研究對象，膠粘劑選用氯丁膠、脲醛膠（冬季配方）和脲醛膠（夏季配方）。按照標準GB/T7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》進行[18-19]。

1.4.5 靜曲強度測試

飾面板選用厚度 1mm 直板，芯材厚選用 20mm 膠合板；膠粘劑分別選用氯丁膠、脲醛膠（冬季配方）和脲醛膠（夏季配方）。膠合板開口形狀選用無孔、圓孔（直徑 8mm ）、方孔（邊長 8mm ）三種孔型。裝飾板的力學性能以靜曲強度為指標，模擬客車實際運行工況對裝飾板進行老化。靜曲強度的測試依據GB/T17657—2022（第4.7節三點彎法）進行。

2 結果與分析

2.1飾面板耐沸水性能分析

飾面板的耐沸性能測試結果如表1所示。

表1飾面板的耐沸性能測試結果

Tab.1Test resultsofboiling resistance fordecorative panel：

由表1可知，測試后，彎板的厚度均呈現出大幅增加的情況。其中，M品牌的彎板厚度增加尤為顯著，增幅高達 20% ;相比之下，直板的厚度僅增加了 3% 至4% 這表明直板在耐沸水性能方面更為出色。耐沸水性能與飾面板的含膠量之間存在著緊密的聯系。一般而言，飾面板的含膠量越高，其耐沸水性能越好。這是由于膠水在飾面板中不僅承擔著粘合板材各部分的作用，還具備一定的防水功能。較高的含膠量能夠有效提升板材的致密程度，從而降低水分滲透進入板材內部的可能性。然而，含膠量較少的飾面板雖然具有較好的韌性，但容易吸收空氣中的水分，進而發生變形。

2.2飾面板和膠粘劑的線性熱膨脹系數分析

飾面板和膠粘劑的膨脹系數測試結果如表2所示。由表2可知，在低溫環境下，飾面板與脲醛膠的膨脹系數存在較大差異。隨著溫度的上升，飾面板的膨脹系數隨之增大，這進一步加劇了飾面板與脲醛膠之間線性膨脹系數的差距。當環境溫度產生變化時，飾面板和脲醛膠各部分由于膨脹或收縮的程度不同，在飾面板內部形成熱應力。特別是在冷熱交替較為頻繁的工作條件下，熱應力不斷積累，一旦超過飾面板自身所能承受的強度極限，將致使飾面板出現裂紋，甚至發生開裂現象。

表2飾面板和膠粘劑的膨脹系數測試結果 Tab.2 Test results of thermal expansion coefficients for decorativepanelsandadhesives

2.3飾面板的抗拉強度分析

飾面板的抗拉強度測試結果如表3所示。由表3可知，纖維方向、老化處理對飾面板抗拉強度都有影響。飾面板橫紋方向抗拉強度明顯低于順紋方向。在機械應力作用下，橫紋方向抗破壞能力差，容易出現開裂情況，且多數情況下裂紋會沿著纖維方向延伸擴展。而無論是橫紋還是順紋方向，彎板的抗拉強度都高于直板，這種強度差異可能是直板表面更易開裂的重要原因之一。經老化處理后，除M10在橫紋方向下降外，其余飾面板的抗拉強度都有不同程度的提升。這可能是因為在老化過程中發生后固化反應，使交聯密度上升，從而使飾面板抗拉強度增長。對于熱固性塑料，交聯密度提高會使脆性增加，材料膨脹系數降低。而M10在橫紋方向抗拉強度下降，推測是該方向產生了微裂紋，從而削弱了材料的力學性能。

表3飾面板的抗拉強度測試結果 Tab.3Testresultsof tensilestrengthfordecorative panels

2.4飾面板與膠合板之間的粘接強度分析

經老化處理后，飾面板與膠合板之間的粘接強度均呈現顯著下降（如表4所示）。其中，采用氯丁膠粘接的飾面板降幅最為嚴重，使用脲醛膠（冬季配方）粘接效果次之。當粘接強度降低到一定程度，由于無法有效分散和承受外部荷載及環境變化產生的應力，飾面板與膠合板粘接將會失效。

表4膠粘劑的拉剪強度測試結果

Tab.4Testresultsof tensileshearstrengthofadhesive

注：其中SF表示基材破壞，CF表示內聚破壞

2.5裝飾板靜曲強度分析

靜曲強度反映了飾面板在受到橫向壓力時抵抗彎曲變形的能力。如果飾面板的靜曲強度較低，在使用過程中，當受到一定的外力作用時，如安裝時的擠壓、日常使用中的碰撞或因溫度、濕度變化產生的應力等，容易發生過度彎曲變形，進而導致板面出現開裂現象[1。裝飾板的靜曲強度與膠粘劑的類型、開孔形狀、纖維的方向、冷壓時間和膠合板性能等因素直接相關，具體測試結果如表5～表7所示。

表5裝飾板（氯丁膠）靜曲強度測試結果

Tab.5Test results of static bending strength for decorative panels（chloroprene rubber）

表6裝飾板（脲醛膠-冬季配方）靜曲強度測試結果 Tab.6Test resultsof staticbendingstrength fordecorativepanels（urea-formaldehydeadhesive-winter for

表7裝飾板（不同冷壓時間）靜曲強度測試結果Tab.7Test results of static bending strength for decorative panels（with different cold pressing times）

3結語

導致飾面板開裂的原因可能有：（1飾面板自身的含膠量過高：含膠量影響飾面板的韌性和耐水性，然而過高的含膠量將使板材的脆性增加，從而使飾面板發生開裂的概率增大；（2）飾面板的抗拉強度。抗拉強度高的飾面板能夠更好地抵抗拉伸應力，當承受過度拉伸容易出現開裂；（3）膠粘劑質量：在服役過程中，膠粘劑的性能下降將導致飾面板和裝飾板之間粘接強度的下降；（4）飾面板與膠粘劑或膠合板的線性熱膨脹系數不匹配；（5）裝飾板的靜曲強度降低。

總之，飾面板的開裂是溫度、濕度、材料性能和機械應力等多種因素長期疊加的結果。解決飾面板開裂的問題，需要綜合考慮以上各方面因素，同時應考慮飾面板的結構設計和生產工藝等因素的影響。

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