淺析城市軌道車輛內(nèi)裝輕量化新材料的應(yīng)用

李喜成 常龍 陳安江

摘要：本文對(duì)我國(guó)軌道車輛內(nèi)裝中常用的聚碳酸酯材料、NGC鋁合金材料、碳纖維材料、預(yù)浸料以及鋁塑復(fù)合板等輕量化新材料進(jìn)行了分析和介紹。

關(guān)鍵詞：城市軌道車輛;輕量化;新材料

加強(qiáng)對(duì)輕量化新材料在城軌車輛內(nèi)裝中應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的輕量化新材料應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

1.聚碳酸酯材料

聚碳酸酯材料，也就是人們平時(shí)說(shuō)的PC材料，作為一種人工合成的高分子材料，聚碳酸酯板材與傳統(tǒng)的玻璃相比具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）輕量化。作為一種輕量化材料，聚碳酸酯材料和傳統(tǒng)的玻璃材料相比具有明顯的輕量化優(yōu)勢(shì)，據(jù)測(cè)算同等厚度和面積的聚碳酸酯材料的重量只有傳統(tǒng)玻璃的1/2左右，應(yīng)用到軌道車輛內(nèi)裝中能夠有效的減重。

（2）力學(xué)性能。由于聚碳酸酯材料具有有機(jī)大分子鏈結(jié)構(gòu)，其在韌性和強(qiáng)度上遠(yuǎn)超玻璃，具有很高的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，具體到實(shí)際的應(yīng)用中，聚碳酸酯材料不會(huì)向玻璃材料一樣發(fā)生自爆，也不會(huì)在受到外力的沖擊下出現(xiàn)蹦碎，具有更高的安全性，能夠使車輛的安全性得到提升。

（3）隔熱性。相較于傳統(tǒng)的玻璃，聚碳酸酯材料的的k值低10%左右，因此能夠更加有效的起到隔熱的作用，在冬天可以有效減少熱量損失，而夏天則可以有效的降低熱量的傳入。

（4）抗劃傷方面。通過(guò)硬化涂敷之后的聚碳酸酯材料能夠達(dá)到和玻璃相近的抗劃傷效果。

2.NGC型鋁合金類型材料的應(yīng)用

首先，就目前而言，我國(guó)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(duì)NGC型鋁合金扶手的表面采取硬質(zhì)陽(yáng)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(yáng)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(huì)對(duì)鋁合金扶手表面的硬質(zhì)陽(yáng)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(yáng)極氧化膜的硬度便越高。

3.碳纖維材料的應(yīng)用

碳纖維材料擁有碳材料的一般特性，還具有紡織纖維材料的特點(diǎn)，具有柔軟易加工性能，和其它纖維材料相比，碳纖維材料的楊氏模量是傳統(tǒng)纖維兩倍，是凱芙拉纖維的2倍。同時(shí)，碳纖維材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，其在酸、堿和有機(jī)溶劑中均不脹不溶。碳纖維材料還具有密度小、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，和我國(guó)目前軌道交通車輛中使用的玻璃纖維材料相比，其密度更小，而強(qiáng)度高，用其替換玻璃纖維材料，不僅能夠提升強(qiáng)度，還能夠有效的降低重量，實(shí)現(xiàn)車輛輕量化的目標(biāo)。與玻璃纖維、鋼材等材料相比，碳纖維的抗拉強(qiáng)度更高，能夠達(dá)到玻璃纖維的兩倍、鋼材料的七倍，而密度僅為玻璃纖維的2/3、鋼材料的1/5，因此碳纖維材料的應(yīng)用還能夠提升材料的抗拉伸程度，還能夠有效降低車輛重量。碳纖維材料的特性說(shuō)明了，強(qiáng)度大、質(zhì)量輕的材料在軌道車輛內(nèi)裝中具有重要的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)有質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更大的材料被應(yīng)用到軌道車輛內(nèi)裝之中。

4.預(yù)浸料的應(yīng)用

預(yù)浸料是樹(shù)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(fù)合材料的性能好壞，且預(yù)浸料某些性質(zhì)更是會(huì)直接帶入復(fù)合材料中，故而預(yù)浸料的性能會(huì)對(duì)預(yù)浸料性能產(chǎn)生較大影響。由于預(yù)浸料在制備后到使用往往需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間進(jìn)行運(yùn)輸以及加工，所以其基體樹(shù)脂在這段時(shí)間內(nèi)可能會(huì)發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)則會(huì)嚴(yán)重影響預(yù)浸料的使用性能以及復(fù)合材料制品的性能。從應(yīng)用情況來(lái)看預(yù)浸料及其復(fù)合材料具有低毒、低煙、強(qiáng)度大、質(zhì)輕和阻燃等性能，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

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

5.復(fù)合鋁板的應(yīng)用

復(fù)合鋁板也被成為是鋁塑復(fù)合板，其是通過(guò)多層材料復(fù)合而成的。其中，上下兩層為化學(xué)處理過(guò)的涂裝鋁板，而中間層則是無(wú)毒低密度聚乙烯芯板，然后通過(guò)專用的塑板上生產(chǎn)加工制成。復(fù)合鋁板具有如下的特性：

（1）剝離強(qiáng)度高。剝離強(qiáng)度是鋁塑復(fù)合板最為重要的技術(shù)指標(biāo)，通過(guò)特殊加工后的鋁塑復(fù)合板在平整度和耐候性等多方面的性能都得到了提高。

（2）防火性能好。鋁塑復(fù)合板中的中間層的聚乙烯芯板是很好的阻燃材料，而兩邊的鋁板層也極難燃燒，因此其具有卓越的防火性能。

（3）耐沖擊、易保養(yǎng)、材質(zhì)輕。鋁塑復(fù)合板耐沖擊性強(qiáng)，具有很好的韌性，而且在彎曲時(shí)不會(huì)損傷面漆。其具有良好的自清潔，只需要用中性清潔劑和清水清洗就可以使其永久如新。每平方米鋁塑復(fù)合板的質(zhì)量大約為3.5-5.5kg，具有明顯的輕量化優(yōu)勢(shì)。目前常用地城市軌道交通內(nèi)裝墻板基材包括復(fù)合鋁板、鋁蜂窩板、玻璃鋼等幾種，其中，鋁塑復(fù)合板不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和節(jié)能環(huán)保等性能，還具有明顯的輕量化優(yōu)勢(shì)，因此鋁塑復(fù)合板是一種值得推廣的內(nèi)裝材料。

6.結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，軌道交通得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為了一種重要的交通方式。在城市軌道車輛的內(nèi)裝中使用輕量化材料，能夠有效提升車輛在行駛過(guò)程中的安全性，并且更加的節(jié)能環(huán)保，對(duì)于人們的出行安全和環(huán)境的保護(hù)具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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