淺談城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應用研究

趙瑞廣

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市軌道建設速度在不斷加快。加之科技水平的進步，更多的新技術以及新材料在軌道交通中廣泛應用，并促進了軌道交通的更快發(fā)展。本文將對新型材料在城市軌道交通中的具體應用進行分析，希望能夠對讀者提供一些借鑒和參考。

關鍵詞：城市軌道交通;材料;應用;發(fā)展

1 前言

城市軌道交通是人們出行的重要方式，軌道交通的發(fā)展直接體現(xiàn)出了城市的發(fā)展水平。因此，城市建設與軌道交通是相輔相成，相互促進的。

2 新型材料的特性要求

1）綠色環(huán)保性。非金屬及其復合材料可能包含有害物質(zhì)或使有害氣體揮發(fā)。在此環(huán)境中長期居住的人會被這些有害物質(zhì)或氣體造成損傷，人體的各種系統(tǒng)會造成傷害并影響身體健康。同樣，當這些材料被丟棄時，處置不當也會造成環(huán)境污染。

2）燃燒安全性。各種新材料的大規(guī)模開發(fā)和應用也增加了潛在的火災危險因素。內(nèi)部系統(tǒng)的消防安全要求是鐵路運輸設備安全的重要方面，并且關系到乘員和乘客的安全，因此對材料燃燒安全的要求相對嚴格。選擇符合要求的材料并指導供應商提供符合要求的材料和產(chǎn)品以確保內(nèi)部系統(tǒng)符合防火安全的方法是當前設計中內(nèi)部系統(tǒng)的優(yōu)先事項。當前確保消防安全的設計材料和產(chǎn)品已成為人們重點關注的問題。

3）粘結應用性。由于室內(nèi)裝潢和其他造型需要以及成型工藝的需要，許多類型的復合材料被廣泛用于乘客內(nèi)飾。由于非金屬材料的不可焊接性和粘合技術的優(yōu)勢，粘合劑被廣泛用于鐵路運輸行業(yè)。對于競爭激烈的市場中的鐵路公司而言，良好的粘接是必不可少的途徑和關鍵技術。但是，連接技術是一項重要的特殊技術，連接質(zhì)量很難得到保證。因連接技術具有很強的專業(yè)性，通過無損檢測很難驗證接頭質(zhì)量，加之粘結連接技術的局限性，粘結合產(chǎn)品僅取決于合理的鍵合結構設計，只有依靠合理的粘接結構設計，正確的粘接操作工藝和完善的粘接技術體系保證。

4）使用維護性。非金屬及其復合材料具有漂亮的形狀，但非金屬及其復合材料成型工藝簡單，重量輕，強度高和比剛度高，但是與真實金屬材料相比，還是稍顯不足。所以非金屬材料及產(chǎn)品的耐磨及抗破壞等（老化、斷裂、破損），損傷或失效功能、性能的修復，延長服役壽命等應用維護性更是設計中需要關注的。

3 聚碳酸酯材料的應用

聚碳酸酯，即俗稱的PC材料，與傳統(tǒng)的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）輕量化優(yōu)勢：相同厚度和面積的PC的重量僅為玻璃重量的一半，并且減光效果明顯。

2）力學性能優(yōu)勢：作為一種由有機聚合物鏈狀結構組成的PC材料，其韌性和強度比玻璃強得多，這主要體現(xiàn)在拉伸強度和沖擊強度等方面。在實際使用中，PC不會自行爆炸，也不會因外力的作用而被壓碎，從而提高了安全性。

3）隔熱性優(yōu)勢：PCk值比玻璃低約10%，可以更好地隔離冬天的熱損失和夏天的熱傳遞。在冬天或夏天，與玻璃相比，空調(diào)環(huán)境不會感到冷。

4）隔聲性優(yōu)勢：阻隔分貝值較玻璃高10%左右，可以更好的隔絕噪音。

5）抗劃傷方面：經(jīng)過硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗劃傷效果。

綜上所述：總之，聚碳酸酯材料具有一系列玻璃的性能特征，但它們的重量僅為玻璃的一半，而且重量輕且具有明顯的優(yōu)勢。內(nèi)部系統(tǒng)的窗戶，屏幕和行李架可以由聚碳酸酯制成，而不是由現(xiàn)有的鋼化玻璃制成。

4 預浸料的應用

預浸料是樹脂基體浸漬纖維或纖維布，制成的具有一定性能的組合物，它的性能好壞直接決定了制成的復合材料的性能好壞，且預浸料某些性質(zhì)更是會直接帶入復合材料中，故而預浸料的性能會對預浸料性能產(chǎn)生較大影響。由于預浸料在制備后到使用往往需要經(jīng)過一段時間進行運輸以及加工，所以其基體樹脂在這段時間內(nèi)可能會發(fā)生一些化學反應，這些反應則會嚴重影響預浸料的使用性能以及復合材料制品的性能。從應用情況來看預浸料及其復合材料具有低毒、低煙、強度大、質(zhì)輕和阻燃等性能，在交通運輸領域應用比較廣泛。

由于預浸料具有良好的力學性能、外形尺寸精度高、重量輕等優(yōu)點，在輕量化需求越來越高的情況下，目前預浸料開始應用于軌道行業(yè)內(nèi)裝系統(tǒng)中，比如中頂板、側頂板、側墻、門立罩、客室電器柜、車頭等各個系統(tǒng)中，相信隨著技術的發(fā)展，后續(xù)將有大量的應用需求。

5 碳纖維材料的應用

碳纖維是一種能像鋼那樣導電，并且具有許多熱，機械和電特性。碳纖維材料比耐熱鋼更耐高溫，比不銹鋼更耐腐蝕，但比鋁密度小，比鋼強。

1）耐腐蝕性能優(yōu)越。首先，碳纖維材料不僅具有碳材料固有的特性，而且具有纖維材料的柔軟性和加工容易性。碳纖維材料的楊氏模量是傳統(tǒng)玻璃纖維的三倍，是凱芙拉纖維的兩倍。此外，碳纖維材料不會溶脹和溶解在酸，堿和有機溶劑中，并且具有出色的耐腐蝕性。

2）密度小、強度高。目前，玻璃纖維增強的低密度，高強度熱固性塑料是中國大多數(shù)城市軌道交通車輛的駕駛室遮罩材料，碳纖維的密度和強度均低于玻璃纖維。通常，城市鐵路車輛的面罩重量在250kg至320kg之間，但是必須使用碳纖維增強的熱固性玻璃來減輕車輛的重量。

3）抗拉強度高。碳纖維的抗張強度是玻璃纖維的兩倍以上，是鋼的7至8倍以上，但碳纖維的密度僅為玻璃纖維的2/3和鋼的1/5。在制造地鐵車輛駕駛員座椅面罩時，使用碳纖維材料代替玻璃纖維可以滿足面罩的性能標準，并促進輕軌方向上城市軌道交通車輛的發(fā)展。未來用于汽車內(nèi)飾件的材料的選擇將越來越傾向于具有優(yōu)異性能的碳纖維材料。

4）構件自重小、剛度大。通常，材料的比模量越高，部件越硬，比強度越高，部件的重量越低。碳纖維材料是具有高比模量和強度，低部件重量和高剛性的優(yōu)異材料。

6 化工新材料在軌道交通領域未來發(fā)展重點

新化學材料在鐵路運輸領域的應用已經(jīng)達到一定規(guī)模，將來新化學藥品的應用將繼續(xù)集中在高分子材料和特種化學藥品上。“十三五”期間，中國鐵路運輸新材料年平均消費量為80萬噸，市場總規(guī)模約為220億元。首先是研究在鐵路運輸設備上使用更多類型的新化學品的可能性，并促進它們進一步提高鐵路設備上使用新化學品的比率。二是根據(jù)材料功能設備的需求，提高材料的技術水平，開發(fā)更多種類的復合材料。其三是著眼于材料的使用性能，鐵路運輸設備中使用了新的化學材料。一方面，它必須反映其高級功能，另一方面，必須保證服務的性能在長期使用后保持穩(wěn)定。增加新化學藥品在鐵路運輸領域中的應用率是最近的重要發(fā)展方向。

7 結束語

綜上所述，作者在本文之中對其進行了全面的剖析，希望能夠給予大家一些啟發(fā)，各種新型的材料在城市軌道交通中的應用越來越廣泛，也帶動了城市的不斷發(fā)展和進步，以交通帶動城市更快的進步，為現(xiàn)代化城市奠定堅實的基礎。

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