淺談城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用研究

朱亞軍

溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司

淺談城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用研究

朱亞軍

溫州市鐵路與軌道交通投資集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司

隨著城市軌道車輛的迅速發(fā)展，對于城市軌道車輛的車體內(nèi)裝材料選擇也更加嚴(yán)格。為了保障城市軌道車輛可以快速且安全可靠地運(yùn)行，要采用輕量化的新型材料。本文將就我國現(xiàn)如今較為常見的NGC鋁合金材料、聚碳酸酯材料、鋁塑復(fù)合板以及碳纖維材料進(jìn)行分析研究。

城市軌道車輛；輕量化；新材料

1 引言

隨著我國社會主義現(xiàn)代化進(jìn)程，城市軌道交通的到了極大的發(fā)展。作為車輛組成的重要部分，車輛內(nèi)裝采用輕量化的材料，有利于車輛行駛過程中更加安全和節(jié)能環(huán)保。因此，對于城市軌道車輛的設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者而言，了解輕量化新型材料在城市軌道車輛中的應(yīng)用就顯得十分的重要。

2 NGC型鋁合金類型材料的應(yīng)用

首先，就目前而言，我國的城市軌道車輛的扶手還大多采用重量較大的不銹鋼材質(zhì)的材料。但應(yīng)用鋁合金類型材料作為扶手材料，比應(yīng)用不銹鋼材料的重量減少50%以上，這是由于鋁合金類型材料的防腐性能、機(jī)械性能和成型焊接性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，因此，鋁合金型材能夠很好地代替不銹鋼材料，成為城市軌道車輛的扶手基材。相信隨著城市軌道交通車輛的不斷向前發(fā)展創(chuàng)新，性能更好的鋁合金型材扶手能夠得到更加廣泛的推廣應(yīng)用。

其次，為了提高鋁合金材料扶手表面的耐磨性和硬度，一般還需要對NGC型鋁合金扶手的表面采取硬質(zhì)陽極氧化處理，形成硬度達(dá)到3500MPa以上的硬質(zhì)氧化膜。要在鋁合金扶手表面形成硬質(zhì)氧化膜需要進(jìn)行機(jī)械拋光、拉泛、除油、清洗、化學(xué)拋光、水洗、中和、硬質(zhì)陽極氧化、水洗、封孔、烘干這11道工序。溶液的濃度、組成、電流密度的溫度多方面的條件，也會對鋁合金扶手表面的硬質(zhì)陽極氧化膜的形成有影響。其中，溫度是最大的影響要素，如果溶液的溫度越低，那么硬質(zhì)陽極氧化膜的硬度便越高。

3 聚碳酸酯類型材料的應(yīng)用

聚碳酸酯材料簡稱PC材料，廣泛運(yùn)用于交通、建筑行業(yè)。如果我們將傳統(tǒng)的玻璃同聚碳酸酯這種新型材料進(jìn)行對比度的話，我們可以明顯發(fā)現(xiàn)聚碳酸酯材料有下面4條優(yōu)點(diǎn)：

3.1 力學(xué)性能優(yōu)勢

聚碳酸酯材料在實(shí)際使用過程當(dāng)中，沖擊強(qiáng)度和拉升強(qiáng)度等性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃，這是由于聚碳酸酯材料是由有機(jī)大分子構(gòu)成，強(qiáng)度與韌性都大大強(qiáng)于玻璃。此外，聚碳酸酯材料的安全性更高，不會在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中自爆、當(dāng)受到外力沖擊時(shí)也不會出現(xiàn)整體崩碎的現(xiàn)象。

3.2 明顯的輕量化優(yōu)勢

在聚碳酸酯材料與傳統(tǒng)玻璃面積和厚度相等的情況下，玻璃的重量是聚碳酸酯材料的兩倍，因此可見聚碳酸酯材料的輕量化優(yōu)勢。城市軌道車輛采用聚碳酸酯材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)玻璃，將大大減少車輛自重，節(jié)約能源的消耗，達(dá)到環(huán)保減排的效果。

3.3 隔聲減噪優(yōu)勢

聚碳酸酯材料的分貝阻斷值要比傳統(tǒng)玻璃高出大概10%，可以更加有效地隔絕噪音。

3.4 隔絕熱量的優(yōu)勢

傳統(tǒng)玻璃的K值要高于聚碳酸酯材料大概10%，可以更有效地隔絕夏天車外的熱量傳入和冬天車內(nèi)的熱量散失。對于乘客而言，在夏天的空調(diào)環(huán)境或是冬天車外溫度極低的情況下觸摸聚碳酸酯材料的車窗，沒有傳統(tǒng)玻璃觸感冰涼。

綜上所述，我們可以看出PC材料不僅具備傳統(tǒng)玻璃的全部性能與優(yōu)點(diǎn)，且強(qiáng)度、減噪隔熱都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃，重量僅僅是傳統(tǒng)玻璃的1/2，能夠促進(jìn)城市軌道車輛的輕量化發(fā)展創(chuàng)新。今后均可以使用聚碳酸酯材料來代替車輛內(nèi)部系統(tǒng)的屏風(fēng)、車窗和行李架上現(xiàn)有的傳統(tǒng)鋼化玻璃。

4 鋁塑復(fù)合板的應(yīng)用

鋁塑復(fù)合板，俗稱復(fù)合鋁板。鋁塑復(fù)合板是一種用戶專用鋁塑板生加工產(chǎn)生的一種復(fù)合材料。將無毒低密度的聚乙烯芯板置于經(jīng)過化學(xué)處理的兩層涂裝鋁板中間，經(jīng)過復(fù)合處理得到鋁塑復(fù)合板。在當(dāng)今的城市軌道交通車輛的內(nèi)裝墻板基礎(chǔ)材料大多數(shù)都是玻璃鋼、復(fù)合鋁材和鋁蜂窩等等。鋁塑復(fù)合板這類新型材料具有比上述幾種傳統(tǒng)材料更優(yōu)秀的5點(diǎn)功能特性：

4.1 防火性能優(yōu)越

由于鋁塑復(fù)合板兩面是非常難燃燒的涂裝鋁板層，而中間是阻燃物質(zhì)材料的聚乙烯塑料芯材，所以它的防火性能優(yōu)越。

4.2 剝離強(qiáng)度高

剝離強(qiáng)度是鋁塑復(fù)合板最關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。鋁塑復(fù)合板的剝離強(qiáng)度因?yàn)橹圃旃に嚨奶厥舛_(dá)到了極其良好的狀態(tài)，耐候性和平整度等方面的性能都得到了相應(yīng)的提高。

4.3 容易保養(yǎng)

鋁塑復(fù)合板容易清洗，平時(shí)只需要用清水和中性的清洗劑便可，并且清洗過后的鋁塑復(fù)合板材潔凈如新。

4.4 耐沖擊性強(qiáng)

鋁塑復(fù)合板的韌性強(qiáng)，可以承受巨大的外部沖擊力而沒有損傷，板材彎曲也不損壞表面涂漆。

4.5 材質(zhì)重量輕

鋁塑復(fù)合板每平方米的重量僅為3.5kg到5.5kg左右，然而現(xiàn)在廣為使用的鋁蜂窩板每平方米的重量達(dá)到了11kg左右，鋁塑復(fù)合板的輕量化優(yōu)勢十分的明顯。

5 碳纖維材料的應(yīng)用

碳纖維是一種能像鋼那樣導(dǎo)電，具有大量熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)性能的纖維狀碳材料。碳纖維材料比耐熱鋼耐高溫、比不銹鋼耐腐蝕，然而它的密度卻比鋁小、強(qiáng)度比鋼大。

5.1 耐腐蝕性能優(yōu)越

首先，碳纖維材料不僅具備碳材料固有的特性，同時(shí)也擁有紡織纖維材料的柔軟易加工性。碳纖維材料的楊氏模量是傳統(tǒng)玻璃纖維的3倍之多，是凱芙拉纖維的2倍左右。此外，碳纖維材料在酸、堿性溶劑和有機(jī)溶劑里不脹不溶，耐腐蝕性能十分出眾。

5.2 密度小、強(qiáng)度高

目前，經(jīng)過玻璃纖維增強(qiáng)的低密度、高強(qiáng)度的熱固塑料，是我國絕大多數(shù)的城市軌道交通車輛的司機(jī)駕駛室的面罩材料，而碳纖維的密度比玻璃纖維更小，強(qiáng)度也更高。一般情況下，城市軌道車輛的面罩質(zhì)量在250kg到320kg之間，為了車輛的輕量化目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)使用經(jīng)過碳纖維增強(qiáng)過的熱固玻璃。

5.3 抗拉強(qiáng)度高

碳纖維的抗拉強(qiáng)度能達(dá)到玻璃纖維的2倍以上、鋼材料的7至8倍上下，但碳纖維的密度僅為玻璃纖維的2/3、鋼材料的1/5。在地鐵車輛司機(jī)駕駛室的面罩制作時(shí)，使用碳纖維材料來代替玻璃纖維，能夠才滿足面罩的各項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)的情況下，推動城市軌道交通車輛朝輕量化方向發(fā)展。相信在未來，車輛內(nèi)裝件的材料選擇上，會越來越偏向性能卓越的碳纖維材料。

5.4 構(gòu)件自重小、剛度大

一般而言，材料的比模量越高，則構(gòu)件的剛度越大；比強(qiáng)度越高，則構(gòu)件自重越小。碳纖維材料則正是比模量與比強(qiáng)度高、構(gòu)件自重小剛度大的絕佳材料。

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市軌道車輛的材料應(yīng)用也應(yīng)當(dāng)隨之發(fā)展改革，使用強(qiáng)度更大、質(zhì)量更輕的新型材料。

[1]包鳴.淺析城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2015(16)

[2]王舜.城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用研究[J].中文科技期刊數(shù)據(jù)庫,2016(1)

[3]薛克鐘.城市軌道車輛車體材料選擇[J].城市軌道交通研究,2015(6)