論環(huán)保型水性阻尼涂料在高鐵車輛上的應(yīng)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(gòu)部件都會產(chǎn)生劇烈的振動，而機械振動會產(chǎn)生相應(yīng)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(chuàng)造更加安靜舒適的乘車環(huán)境，本文從較小噪音的角度，分析了環(huán)保型水性阻尼涂料的性能，工藝及優(yōu)點。本文探討了環(huán)保型水性阻尼涂料在高鐵車輛上的應(yīng)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(huán)保型水性阻尼材料的性能及作用，證明了環(huán)保型水性阻尼涂料是現(xiàn)代高鐵車輛涂裝施工材料首選，接著詳細闡述了環(huán)保型水性阻尼涂料施工工藝，最后給出了施工注意事項。

關(guān)鍵詞 環(huán)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(nèi)旅客，破環(huán)行駛環(huán)境，進而降低了舒適度這一指標。經(jīng)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(guī)定：一等車的車廂內(nèi)部噪聲小于65分貝，二等車的車廂內(nèi)部小于68分貝，否則，一旦超過標準，致使車體內(nèi)部噪聲嚴重超標，破壞舒適性環(huán)境，嚴重的還可能導(dǎo)致車體機構(gòu)損壞，出現(xiàn)故障。車內(nèi)噪聲包括轉(zhuǎn)向架噪聲，空氣摩擦阻力噪聲以及車體內(nèi)部構(gòu)件聲波傳遞，可通過車體型腔竄入，如果門窗年久會產(chǎn)生縫隙，噪聲也會竄入。

2 環(huán)保型水性阻尼材料的性能及作用

2.1 環(huán)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(zhì)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(tài)力學(xué)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(tài)力學(xué)性能和聲學(xué)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(dǎo)致了優(yōu)異的抗?jié)B性、空氣保持性和良好的穩(wěn)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(qū)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(qū)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(diào)節(jié)，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(shù)。我們調(diào)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(nèi)部振動和產(chǎn)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(nèi)不同程度地降低車廂內(nèi)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(quán)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(jié)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(nèi)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(nèi)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(quán)聲壓級分別降低了5–8dBA和1–6dBA。

2.2 環(huán)保型水性阻尼材料的作用

材料阻尼是利用玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)的粘彈性阻尼能力，從振動系統(tǒng)中提取機械能或聲能，并將其轉(zhuǎn)化為熱能。考慮到鐵路車輛內(nèi)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(nèi)噪聲的主要成分，開發(fā)了用于鐵路車廂阻尼處理的新技術(shù)。

應(yīng)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(huán)境氛圍，使旅客體驗更加舒適。環(huán)保性能是當前高鐵車體涂裝工程的首要考慮因素，環(huán)保型水性阻尼涂料應(yīng)運而生。這種涂料優(yōu)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(yè)時，該涂料化學(xué)成分對施工人員身體有害物質(zhì)攝入有效降低;從環(huán)保角度來看，對環(huán)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(yōu)點，是現(xiàn)代高鐵車輛涂裝施工材料首選。

3 環(huán)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(fā)展，中車長春軌道客車股份有限公司的車輛生產(chǎn)也有了比較長足的發(fā)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(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷的改進，同樣給我們的涂裝生產(chǎn)帶來了一定的難度。在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，不斷地摸索并總結(jié)出一些好的施工方法應(yīng)用在生產(chǎn)中，使環(huán)保型水性阻尼涂料體系涂裝質(zhì)量有了很大的提高。以下是環(huán)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(huán)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(huán)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(jù)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(jù)實際要求噴涂，獲得一定的厚度濕膜，如圖4所示?？筛鶕?jù)如下條件判別：干膜厚度不小于濕膜厚度與固含量的乘積。

根據(jù)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(nèi)則不使用。干膜厚度：轉(zhuǎn)向架區(qū)域BES黑色阻尼漿厚度3-4.5mm;底架中間區(qū)域123WF白色阻尼漿厚度1-2mm;車體內(nèi)地板1.5-5mm 、端墻123WF白色阻尼漿厚度3.5-5mm;頂子及側(cè)墻內(nèi)部123WF白色阻尼漿厚度1.5-3.5mm。環(huán)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(qū)域需過度處理：根據(jù)圖紙對需要平滑處理的環(huán)保型阻尼漿區(qū)域，噴完完畢后及時用刮刀抹平滑。

根據(jù)多功能水性阻尼涂料的生產(chǎn)過程及結(jié)果，軌道車輛行業(yè)使用環(huán)保型多功能水性阻尼涂料具有明顯優(yōu)勢。環(huán)保型多功能水性阻尼涂料是一種對環(huán)境無害的新型環(huán)保材料，不會造成環(huán)境二次污染。

3.2 環(huán)保型水性阻尼涂料施工注意事項

環(huán)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)問題，要及時處理，避免影響整體質(zhì)量;第四，噴涂時要嚴格按照工藝文件、施工參數(shù)及要求進行噴涂，防止粗質(zhì)爛造。優(yōu)秀操作法的使用，提高了產(chǎn)品質(zhì)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(yǎng)、增強了員工一專多能的技術(shù)水平。

4 結(jié)論

綜上所述，本文提出了在車廂上處理雙層阻尼的應(yīng)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(nèi)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(huán)境。研究表明，列車速度和測量位置的選擇對降低列車內(nèi)部振動和噪聲有很大的影響。使用適當?shù)穆曇魷y量，可以評估和預(yù)測更準確的環(huán)境下使用不同的阻尼材料來降低內(nèi)部噪音。

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