新材料在軌道交通車輛內(nèi)飾中的應(yīng)用

[摘 要] 文章從軌道交通車輛內(nèi)飾材料談起，介紹幾種新型材料在軌道交通車輛內(nèi)飾中的應(yīng)用，為軌道交通車輛內(nèi)飾材料的選擇和應(yīng)用提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 軌道交通車輛；輕金屬材料；高分子材料；復(fù)合材料；蜂窩材料

[作者簡介] 田旭鵬，南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司工程師，研究方向：機(jī)車車輛，山東 青島，266111

[中圖分類號] U270.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）01-0031-0003

自2007年中國鐵路“4·18”大提速以來，我國軌道交通車輛裝備技術(shù)取得了巨大的發(fā)展，以京滬高鐵為標(biāo)志的高速鐵路已于2011年開始在我國投入運(yùn)營，預(yù)計到2012年底，我國高速鐵路運(yùn)營里程將突破1萬公里。同時，城市軌道交通和城際鐵路也迎來了發(fā)展的黃金時期，預(yù)計至2020年，國內(nèi)將有約40個城市擁有城市軌道交通，總規(guī)劃運(yùn)營里程達(dá)7000多公里。

隨著社會文明的進(jìn)步和生活水平的提高，人們對軌道交通車輛的方便、快捷提出更高要求的同時，也對乘坐軌道交通車輛的安全、舒適、可靠提出了越來越高的期望。作為旅客直接接觸界面，軌道交通車輛的車輛內(nèi)飾設(shè)計直接決定了旅客對乘坐軌道交通車輛的直觀感受。

一、軌道交通車輛內(nèi)飾材料的發(fā)展概況

長期以來，膠合板占據(jù)了我國軌道交通車輛內(nèi)飾材料的主體地位，大量應(yīng)用于鐵路客車的地板、頂板、間壁、墻板等內(nèi)飾件中。

膠合板內(nèi)飾件一般造型簡單，密度較大，外露表面可敷貼塑料貼面板來裝飾。隨著軌道交通車輛運(yùn)營速度的提升和裝備技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代車輛內(nèi)飾在原來的設(shè)計中又增加了輕量化和隔音降噪的要求，為保證軌道交通車輛旅客界面的美觀和舒適，原先僅僅使用以膠合板為主材質(zhì)的內(nèi)飾配件無論是在造型設(shè)計上還是在表面處理及性能上均已無法滿足現(xiàn)代車輛內(nèi)飾發(fā)展的要求，于是，一大批替代的輕量化新材料應(yīng)運(yùn)而生。

目前用于軌道交通車輛內(nèi)飾的新材料主要包括輕金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料、蜂窩材料等幾大類。

二、軌道車輛內(nèi)飾新材料分析

（一） 輕金屬材料

輕金屬材料主要包括鋁合金、鎂合金等，在軌道交通車輛上有著廣闊的應(yīng)用前景。鋁合金的強(qiáng)度/質(zhì)量比非常高（超過3倍），由于其密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，目前已在汽車、船舶、航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

在軌道交通車輛內(nèi)飾中，鋁板是最常見的材料，成型容易，其表面可噴涂、可覆膜，非常有利于營造美觀舒適的客室環(huán)境。涂瓷鋁板、鋁板覆膜、鋁板噴漆等工藝廣泛應(yīng)用于軌道交通車輛的墻板、頂板及間壁隔板，此外，鋁合金板材也在列車風(fēng)道、裝飾設(shè)備件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。在高速動車組中，鋁合金型材骨架已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)骨架。

近年來，國外有用鎂合金、鈦合金等航空材料代替鋁合金來制造車內(nèi)骨架的嘗試，其質(zhì)量只有鋁合金的66%，輕量化效果更加明顯。

（二）高分子材料

高分子材料廣泛應(yīng)用于軌道交通車輛內(nèi)飾中，其輕量化和隔音降噪效果十分明顯。

1. 玻璃鋼

玻璃鋼（FRP），即纖維強(qiáng)化塑料，一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂基體，根據(jù)使用樹脂品種的不同，可分為聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼等。玻璃鋼具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性好、成本低廉、成型好且不受幅寬限制的優(yōu)點(diǎn)，表面可噴涂、可敷膜，在軌道交通車輛內(nèi)飾中主要用于制造復(fù)雜曲面裝飾板。

近幾年來，玻璃鋼產(chǎn)品已由最初的手糊成形轉(zhuǎn)向注射、模壓（SMC）成形，新型工藝改進(jìn)了以往手糊成形工藝精度不高、不能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜產(chǎn)品的缺陷，并且進(jìn)一步提高了配件的制造精度和成型質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)了配件的大批量生產(chǎn)。

目前，玻璃鋼產(chǎn)品主要用作軌道交通車輛的客室墻板、玻璃鋼整體盒子間等，是軌道車輛內(nèi)飾的主型材料之一。據(jù)統(tǒng)計，日本鐵路高速新干線電動機(jī)車FRP用量已占列車總重量的1.4%[1]。

2. 熱塑性工程塑料

PC合金是最常見、也最常用的熱塑性工程塑料，它是由聚碳酸酯樹脂擠壓或注塑而成，可選擇顏色與花紋，具有裝飾性好、比強(qiáng)度高、抗沖擊性高、表面耐磨性與抗劃性高、無毒、無味、無腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)；但PC合金具有剛度弱、受幅寬限制、材料與模具較貴的缺陷，一般在車輛內(nèi)飾中只用來制作小型裝飾設(shè)備件，如客室風(fēng)口格柵、燈罩等。

美國GE公司早在2005年就開發(fā)了一種新型的熱塑性工程塑料用于軌道車輛內(nèi)飾。該材料將Schneller公司的有機(jī)氟聚合物Indura GTform與GE公司的長玻纖增強(qiáng)熱塑性片材Azdel Rail-Lite一起配合使用，形成具有裝飾性的熱塑性層壓板，具有很好的三維成型性、耐久性，并有耐臟抗涂寫污染和溶劑損傷的功能，可應(yīng)用于頂板、椅背、扶手、行李架等內(nèi)飾配件中。

3. 橡膠材料

為降低軌道交通車輛，尤其是高速列車在運(yùn)行時帶來的沖擊、振動和噪聲，保證客室的舒適度，早期內(nèi)飾施工中僅僅使用橡膠板作為墊板的方法已經(jīng)無法滿足要求，在軌道車輛內(nèi)飾安裝時必須選用性能更好的減振降噪元件，其中包括粘彈性能、耐疲勞、耐老化性能更優(yōu)的橡膠元件。橡膠元件對高速列車的減振降噪作用特別顯著，有效避免了車輛內(nèi)飾安裝時的硬連接，隔斷了車外噪音向車內(nèi)傳播的途徑，對高速列車的舒適平穩(wěn)具有無可取代的作用。

在我國某型號臥鋪動車組中，臥鋪間壁與車體之間的連接全部采用了如圖2所示的彈性安裝件，有效地降低了臥鋪包間內(nèi)的噪音，為世界首列時尚、舒適的臥鋪動車組投入運(yùn)營提供了保障。

（三）復(fù)合材料

復(fù)合材料是以纖維、顆粒等作為增強(qiáng)材料，以聚合物、陶瓷、金屬等作為基體復(fù)合而成的具有優(yōu)異性能的新型材料。它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、隔熱、耐磨、低成本、可設(shè)計性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，正在成為軌道交通車輛內(nèi)飾輕量化設(shè)計中越來越重要的一類材料[2]。

隨著高速動車組技術(shù)的引進(jìn)、消化和吸收，許多新型的復(fù)合材料漸漸被我們所熟知和運(yùn)用，比如，某型動車組客室中頂板應(yīng)用的3mm厚鋁板復(fù)合裝飾板，其結(jié)構(gòu)為鋁板+熱塑性低密度聚乙烯+鋁板復(fù)合而成；客室側(cè)頂板則是由鋁板+熱塑性低密度聚乙烯+鋁板或者不銹鋼板+熱塑性低密度聚乙烯+不銹鋼板復(fù)合而成；通過臺及走廊平頂板選用的材料為中空的瓦棱鋁板，厚度僅為5.2mm；行李架后部擋板則是三聚氰胺裝飾紙層+苯酚芯材紙層+鋁材層+苯酚芯材紙層+鋁材層復(fù)合而成，厚度僅為3mm。

國內(nèi)外的種種研究和應(yīng)用表明，復(fù)合材料是軌道交通車輛輕量化最有發(fā)展前景的新材料。

（四）蜂窩材料

蜂窩板材通常由上下面板和蜂窩芯材組成，蜂窩芯材密度極小，大約只有同厚度材料的1/10。按照蜂窩材質(zhì)來說，蜂窩分鋁蜂窩、芳綸蜂窩、玻璃鋼蜂窩、碳纖維蜂窩等。當(dāng)面板和芯材采用不同的材料時，稱為復(fù)合蜂窩板，例如，飛機(jī)地板就采用單向碳纖維面板、芳綸蜂窩芯的復(fù)合蜂窩板，其強(qiáng)度、剛度和抗沖擊能力極好。

蜂窩板具有重量輕、剛度大的優(yōu)點(diǎn)，且具有優(yōu)良的隔音、隔熱性能，在蜂窩板的裝飾面可以噴涂，也可用粘貼、真空吸附等方法覆貼裝飾膜，裝飾效果很好，所以蜂窩板，尤其是鋁蜂窩板在軌道交通車輛的內(nèi)飾中得到了大量的應(yīng)用，廣泛用于制作客室地板、頂板、間壁隔板以及各種門板等[2]。

以鋁蜂窩地板為例，原來一輛25型鐵路客車的膠合板材料地板的重量約為1.5T，而一輛高速動車組鋁蜂窩板材料地板的重量僅僅約為0.8T，減重效果極為明顯。

三、結(jié) 語

目前，軌道交通車輛裝備技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，輕量化、低噪音、節(jié)能環(huán)保已成為軌道交通車輛發(fā)展的趨勢，同時，也是新時期軌道交通車輛對車輛內(nèi)飾提出的要求和目標(biāo)。車輛內(nèi)飾正從木結(jié)構(gòu)向無木結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，軌道交通車輛內(nèi)飾阻燃、減重、降噪的性能，節(jié)木代木，以及具有更好裝飾性能的新型材料無論在品種還是數(shù)量上都有著巨大的需求。金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料、蜂窩材料等已在軌道交通車輛內(nèi)飾材料中占據(jù)越來越重要的位置。

日本鐵道綜合技術(shù)研究所籌劃的從2010年起5a間的“基本規(guī)劃（RESEAR CH2010）”中提出的研發(fā)項(xiàng)目有：（1）防災(zāi)能力強(qiáng)的鐵道系統(tǒng)；（2）抵御事故能力強(qiáng)的系統(tǒng)；（3）人機(jī)系統(tǒng)高端化；（4）列車控制智能化；（5）沿線環(huán)境低負(fù)擔(dān)；（6）節(jié)能；（7）維修、建設(shè)高效化；（8）列車高速化；（9）開發(fā)先進(jìn)的信息處理技術(shù)促進(jìn)高效運(yùn)輸及客服水平；（10）仿真技術(shù)高級化等。在（2）、（5）、（6）、（7）、（8）各項(xiàng)目中，正在期待通過材料技術(shù)的進(jìn)步而獲得進(jìn)展[3]。因此，對原先應(yīng)用的材料和工藝進(jìn)行改進(jìn)開發(fā)的同時開發(fā)環(huán)保、納米等新型材料及其應(yīng)用技術(shù)也是軌道交通車輛內(nèi)飾材料發(fā)展的方向。研究、開發(fā)和利用新材料，從而提高軌道交通車輛內(nèi)飾的質(zhì)量、美觀效果和使用壽命，保證旅客乘坐的舒適度，對提升軌道交通車輛市場競爭力有著重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]顧振國.復(fù)合材料在鐵路高速列車上的應(yīng)用[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1998，（1）.

[2]高速列車輕量化技術(shù)[J].機(jī)車電傳動，2004，（4）.

[3]久?？∫唬砘菝?軌道車輛用材料的開發(fā)與動向[J].國外機(jī)車車輛工藝，2011，（2）.