淺談城市軌道車輛內裝輕量化新材料的應用研究

朱亞軍

溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司

淺談城市軌道車輛內裝輕量化新材料的應用研究

朱亞軍

溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司

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

城市軌道車輛；輕量化；新材料

1 引言

隨著我國社會主義現代化進程，城市軌道交通的到了極大的發展。作為車輛組成的重要部分，車輛內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能環保。因此，對于城市軌道車輛的設計者和生產者而言，了解輕量化新型材料在城市軌道車輛中的應用就顯得十分的重要。

2 NGC型鋁合金類型材料的應用

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的材料。但應用鋁合金類型材料作為扶手材料，比應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、機械性能和成型焊接性能都遠遠優于不銹鋼，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展創新，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陽極氧化處理，形成硬度達到3500MPa以上的硬質氧化膜。要在鋁合金扶手表面形成硬質氧化膜需要進行機械拋光、拉泛、除油、清洗、化學拋光、水洗、中和、硬質陽極氧化、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，那么硬質陽極氧化膜的硬度便越高。

3 聚碳酸酯類型材料的應用

聚碳酸酯材料簡稱PC材料，廣泛運用于交通、建筑行業。如果我們將傳統的玻璃同聚碳酸酯這種新型材料進行對比度的話，我們可以明顯發現聚碳酸酯材料有下面4條優點：

3.1 力學性能優勢

聚碳酸酯材料在實際使用過程當中，沖擊強度和拉升強度等性能明顯優于傳統玻璃，這是由于聚碳酸酯材料是由有機大分子構成，強度與韌性都大大強于玻璃。此外，聚碳酸酯材料的安全性更高，不會在實際的應用過程當中自爆、當受到外力沖擊時也不會出現整體崩碎的現象。

3.2 明顯的輕量化優勢

在聚碳酸酯材料與傳統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勢。城市軌道車輛采用聚碳酸酯材料代替傳統玻璃，將大大減少車輛自重，節約能源的消耗，達到環保減排的效果。

3.3 隔聲減噪優勢

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

3.4 隔絕熱量的優勢

傳統玻璃的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的熱量散失。對于乘客而言，在夏天的空調環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材料不僅具備傳統玻璃的全部性能與優點，且強度、減噪隔熱都明顯優于傳統玻璃，重量僅僅是傳統玻璃的1/2，能夠促進城市軌道車輛的輕量化發展創新。今后均可以使用聚碳酸酯材料來代替車輛內部系統的屏風、車窗和行李架上現有的傳統鋼化玻璃。

4 鋁塑復合板的應用

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

4.1 防火性能優越

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

4.2 剝離強度高

剝離強度是鋁塑復合板最關鍵的一項技術指標。鋁塑復合板的剝離強度因為制造工藝的特殊而達到了極其良好的狀態，耐候性和平整度等方面的性能都得到了相應的提高。

4.3 容易保養

鋁塑復合板容易清洗，平時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合板材潔凈如新。

4.4 耐沖擊性強

鋁塑復合板的韌性強，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 材質重量輕

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

5 碳纖維材料的應用

碳纖維是一種能像鋼那樣導電，具有大量熱學、力學和電學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、強度比鋼大。

5.1 耐腐蝕性能優越

首先，碳纖維材料不僅具備碳材料固有的特性，同時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、堿性溶劑和有機溶劑里不脹不溶，耐腐蝕性能十分出眾。

5.2 密度小、強度高

目前，經過玻璃纖維增強的低密度、高強度的熱固塑料，是我國絕大多數的城市軌道交通車輛的司機駕駛室的面罩材料，而碳纖維的密度比玻璃纖維更小，強度也更高。一般情況下，城市軌道車輛的面罩質量在250kg到320kg之間，為了車輛的輕量化目標，應當使用經過碳纖維增強過的熱固玻璃。

5.3 抗拉強度高

碳纖維的抗拉強度能達到玻璃纖維的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。在地鐵車輛司機駕駛室的面罩制作時，使用碳纖維材料來代替玻璃纖維，能夠才滿足面罩的各項性能標準的情況下，推動城市軌道交通車輛朝輕量化方向發展。相信在未來，車輛內裝件的材料選擇上，會越來越偏向性能卓越的碳纖維材料。

5.4 構件自重小、剛度大

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

綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，城市軌道車輛的材料應用也應當隨之發展改革，使用強度更大、質量更輕的新型材料。

[1]包鳴.淺析城市軌道車輛內裝輕量化新材料的應用[J].中國新技術新產品,2015(16)

[2]王舜.城市軌道車輛內裝輕量化新材料的應用研究[J].中文科技期刊數據庫,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)