轨道车辆内装新材料的应用研究
纪孝峰1 李民2 赵世荣3 李新平4 徐文钢5
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纪孝峰1 李民2 赵世荣3 李新平4 徐文钢5,. 轨道车辆内装新材料的应用研究[J]. 新材料,2023.4. DOI:10.12721/ccn.2023.158228.
摘要: 在轨道车辆快速发展的今天,对轨道车辆车体内装材料的选择提出了更严格的要求。为确保轨道车辆能够快速、安全、可靠行驶,应使用轻量化新型材料。本篇文章将对当今国内比较常用的NGC铝合金材料,聚碳酸酯材料,铝塑复合板和碳纤维材料等加以分析和研究。
关键词: 轨道;轻量化;新材料
DOI:10.12721/ccn.2023.158228
基金资助:

一、NGC型铝合金类型材料的应用

首先,从目前来看,国内城市轨道车辆扶手也多为较重不锈钢材质。但是铝合金类型材料用作扶手材料的应用与不锈钢材料相比,其重量减轻了50%以上,这是因为铝合金类型材料具有防腐性能、机械性能及成型焊接性能均比不锈钢优越得多,所以铝合金型材可以较好的替代不锈钢材料作为城市轨道车辆扶手基材。相信在城市轨道交通车辆不断前进和革新的过程中,更高性能铝合金型材扶手可以更广泛地推广使用。

其次,为改善铝合金材料扶手表面层耐磨性及硬度通常还要在NGC铝合金扶手表面层进行硬质阳极氧化处理以生成硬度高达3500MPa的硬质氧化膜。要在铝合金扶手表面形成硬质氧化膜需要进行机械抛光、拉泛、除油、清洗、化学抛光、水洗、中和、硬质阳极氧化、水洗、封孔、烘干这11道工序。溶液浓度,成分,电流密度温度等诸多条件也影响铝合金扶手表面硬质阳极氧化膜。在这些因素中,温度为最重要之因素,若溶液之温度愈高,则硬质阳极氧化膜之硬度就愈大。

二、聚碳酸酯类型材料的应用

聚碳酸酯材料是PC材料的缩写,在交通和建筑行业中得到了广泛的应用。如果我们将传统的玻璃同聚碳酸酯这种新型材料进行对比度的话,我们可以明显发现聚碳酸酯材料有下面4条优点:

2.1力学性能优势

聚碳酸酯材料在实际使用过程当中,在冲击强度、拉升强度方面的表现要明显好于传统的玻璃,高的聚碳酸酯材料因其有机大分子组成而在强度和韧性方面要比玻璃强很多。另外,聚碳酸酯材料安全性较高,在实际使用过程中不发生自爆,受外力作用下不发生整体崩碎。

2.2明显的轻量化优势

当聚碳酸酯材料面积等于传统玻璃厚度时,玻璃比聚碳酸酯材料重一倍,可见聚碳酸酯材料轻量化优势。在城市轨道车辆上使用聚碳酸酯材料替代传统玻璃会极大地减轻车辆自重、节约能源消耗、实现环保减排。

2.3隔声减噪优势

聚碳酸酯材料分贝阻断值较传统玻璃高10%左右,能更有效隔绝噪音。

2.4隔绝热量的优势

传统玻璃K值比聚碳酸酯材料高10%左右,能更加有效地隔离夏季车外热量传入与冬季车内热量散失。对乘客来说,当夏季空调环境或冬季车外气温很低时接触聚碳酸酯材料车窗不会有传统玻璃手感发凉。

热等方面也明显好于传统玻璃,重量仅为传统玻璃二分之一,可推动城市轨道车辆轻量化开发与创新。未来都可采用聚碳酸酯材料替代汽车内部系统中屏风,车窗,行李架等已有的常规钢化玻璃。

三、铝塑复合板的应用

铝塑复合板是复合铝板的通称。铝塑复合板由用户特制铝塑板生经加工而成。在化学处理后两层涂装铝板之间放置无毒低密度聚乙烯芯板,复合处理后获得铝塑复合板。现今城市轨道交通车辆内装墙板基础材料多为玻璃钢,复合铝材及铝蜂窝等。铝塑复合板这种新型材料与以上几种传统材料相比,有5点较好的功能特性:

3.1防火性能优越

因为铝塑复合板的两面都是很难燃烧的涂层铝板层,且中间为阻燃物质材料聚乙烯塑料芯,因此其防火性能优越。

3.2剥离强度高

剥离强度是铝塑复合板最关键的一项技术指标。铝塑复合板剥离强度由于其制造工艺特殊,使其达到极优良状态,其耐候性、平整度等性能也有相应改善。

3.3容易保养

铝塑复合板易清洁,一般只要用水及中性清洗剂就可以了,而且洗后铝塑复合板干净如新。

3.4耐冲击性强

铝塑复合板韧性好,能经受较大外部冲击力不受破坏,板弯曲不会破坏表面涂漆。

3.5材质重量轻

铝塑复合板每平方米重量只有3.5kg-5.5kg左右,但目前广泛应用的铝蜂窝板每平方米重量达11kg左右,铝塑复合板轻量化优势十分明显。

四、碳纤维材料的应用

碳纤维是一种纤维状碳材料,它可以象钢材一样导电,并具有许多热学,力学及电学性能。碳纤维材料较耐热钢更耐高温,较不锈钢更耐腐蚀,但其密度小于铝,强度大于钢。

4.1耐腐蚀性能优越

首先,碳纤维材料既具有碳材料所固有的性能,又具有纺织纤维材料柔软、易于加工等特点。碳纤维材料杨氏模量比常规玻璃纤维高三倍以上,比凯芙拉纤维高约两倍。另外,碳纤维材料不膨胀溶于酸,碱性溶剂以及有机溶剂中,耐腐蚀性能非常突出。

4.2密度小、强度高

当前,经玻璃纤维加固低密度高强度热固塑料在国内绝大部分城市轨道交通车辆驾驶人驾驶室面罩材料中,碳纤维密度低于玻璃纤维,且具有较高强度。通常城市轨道车辆面罩质量为250kg-320kg,为实现车辆轻量化目的应采用经碳纤维加固的热固玻璃。

4.3抗拉强度高

碳纤维抗拉强度可达玻璃纤维两倍多,钢材料7-8倍左右,而碳纤维密度仅为玻璃纤维之三分之二,钢材料之半。将碳纤维材料应用于地铁车辆驾驶员驾驶室面罩制造中替代玻璃纤维可以才达到面罩所有性能标准,促进城市轨道交通车辆向轻量化发展。认为今后车辆内装件选材将更倾向于性能优越的碳纤维材料。

4.4构件自重小、刚度大

一般情况下,材料比模量愈高,构件刚度愈大;比强度越大构件自重越小。碳纤维材料是一种比模量和比强度都较高,构件自重较小,刚度较大的极好材料。

五、结束语

总之,在科学技术日益进步的今天,随着现代材料技术及生产工艺的不断提高,轨道车辆车体可选材料会越来越多,耐候钢应视具体使用情况及应用环境来考虑、该低合金高强钢,不锈钢,铝合金及碳纤维综合性能指标在符合轻量化,安全性及环保性要求的前提下,尽可能地满足了轨道交通舒适性及美观性不断提高的市场需求。对轨道车辆车体内装材料的选择提出了更严格的要求,城市轨道车辆材料应用应进行相应的发展和改革,采用强度更高,质量更轻新型材料。

参考文献:

[1] 包鸣.浅析城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用[J].中国新技术新产品,2015(16):20-21.

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