軌道車輛中的復合材料防火分析

孟凡帥 劉小霞 賈煥英 鄭延強 河北唐山

在軌道交通列車建造中會使用很多的復合材料，比如：紡輪蜂窩三明治復合板。復合材料大多應用在軌道交通列車的內裝部件中。由于地鐵列車上使用的復合材料種類較多，因此對復合材料的防火性要求較高。EN45545-2就對復合材料的防火性能提出了相關規定, 其目的是根據材料燃燒性及有關對火的反應，不透煙性和氣體散發出的毒性，來制定與材料選擇有關的規則

1 軌道車輛中的復合材料防火性能評價原則三

EN45545-2標準將風險劃分為EN45545-2 HL1，EN45545-2 HL2，EN45545-2 HL3,這三類風險等級。其中EN45545-2HL3要求最為嚴格。為了減少車輛運行時的風災危險程度，要求鐵路車輛內裝飾材最好達到EN45545 HL3類，不同風險等級的EN45545-2測試要求是完全不同的。內飾材料R1危險等級HL3的數據要求如下：CFE火焰延伸測試≥20；熱釋放量≤60；Ds(4)煙密度≤150；VOF(4)煙密度≤300；毒性測試≤0.75。

1.1 CFE火焰延伸測試

EN ISO 5658-2 Reaction to fire tests-spread of flame-Part 2: Lateral spread on building products in vertical configuration

EN ISO 5658-2對火的反應—火焰傳播—第2部分：直立布局中建筑產品側面火焰蔓延程度。

根據EN ISO 5658-2進行測試，測試方法由兩部分組成將樣品暴露在明確標定輻射通量的區域內，測量引燃時間，火焰蔓延程度和最終熄滅時間。試驗樣品置于垂直位置，臨近輻射板，暴露在明確標定輻射通量的區域內。引燃火焰接近試驗樣品，但不接觸試驗樣品，樣品受熱端被表面上的蒸發氣體所點燃。點燃之后，記錄火焰前鋒的發展，并記錄火焰前鋒于水平方向上在樣品表面燃燒到達各標定距離所經歷的時間。

此法采用的點燃源為輻射板及丙烷噴燈，輻射板尺寸為450mm×300mm，輻射強度可達約62kw/m2，表面溫度可達約750℃。丙烷噴燈火焰長80mm，在距與輻射板最近的試件邊緣20mm處施加于試樣。輻射板施于試件的熱流量，沿試件長邊呈梯度下降，起始處為50kw/m2，末端處為1.5kw/m2。試驗中測定不同時間火焰傳播的距離，并計算出維持燃燒所需平均熱量（火焰前沿處的公稱熱流量×火焰到處該處時間，單位為MJ/M2）和材料自熄所需臨界熱流量（kw/m2）。

橫向火焰蔓延測試是樣品垂直放置在一個矩形輻射面板上并且額外的氣體火焰燃燒器。根據CFE值進行評估，CFE值（臨界熱輻射量值，用kW/m2表示）。CFE值是樣品表面火焰停止傳播并熄滅的位置所對應的輻射熱量值，CFE值是通過測試最大火焰蔓延（mm），與此相應的輻射熱值的曲線。這個測試在一個不燃的校正板上進行。

1.2 毒性分析與測試

EN ISO 5659-2:Plastics-Smoke generation-Part 2:Determination of optical density by a single-chamber test

EN ISO 5659-2:單室光密度測試產煙的方法。歐盟標準EN45545-2引用此ENISO 5659-2標準進行煙霧及毒性測試。

EN ISO 5659-2測試前預處理:進行測試前須調節試樣，直至當溫度為(23±2)℃、相對濕度為(50±5)%時，試樣質量均衡。

EN ISO 5659-2測試方法 :樣品暴露在25或（50）KW/m2輻射熱源條件下進行測試。通過對CO2、CO、HF、HCI、HCN、NO2、SO2、HBr這八種氣體來分析毒性。測試時間為10分鐘，記錄第4分鐘及第8分鐘的最大的煙密度及各個氣體含量。

2 軌道車輛中的復合材料分類

目前的防火材料主要包括三類：中心復合材料、復合材料、材料類型的復合結構，幾種不同的復合材料防火性定義主要如下：

（1）復合材料，在其應用中為多種材料，材料的層次較多。

（2）中心復合材料，中心復合材料指的是，將核心材料與材料的覆蓋層緊密融合在一起，中心復合材料的總密度較低，同較厚的核心材料相比較，較薄的覆蓋層屬于中心復合材料的構成主體。

（3）材料類型的復合結構，在進行復合材料裝車時，需要確保平面能夠與平面相互融合，比如，可以采取焊接、夾住、粘粘等方式，也可以使用無縫連接，將拼成的距離控制在20mm內的材料組合結構。

依據防火要求的規定，在復合結構材料的應用中，除了需要進行核心層防火試驗等，還必須要實驗裝車材料平面與平面之間的結合，并強化復合材料的試驗工作。

3 軌道車輛中的復合材料防火分析

復合材料由于其安裝位置不同，對其防火性性能的要求也各不相同，在EN45545-2規定中，其分析標準是根據材料的安裝為主，分析軌道運行中，材料與乘客之間的接觸幾率，進而是制定出不同的復合材料防火要求。在軌道列車運行中，針對乘客接觸幾率較大的材料，其防火性要求也逐漸提升，針對乘客不容易接觸到的材料，對材料的防火性要求相對較低。

軌道內的頂板、墻壁、車輛側壁、地板等，針對這類材料需要進行防火處理，盡可能選取隔音好、隔音好的材料,如紡輪蜂窩復合板，將其裝在軌道交通內，屬于一種較為新型的復合材料。這類復合材料可以達到HL3的防火等級。在進行復合材料防火性分析時，需要先進行結構設計分析，然后對組成材料逐一按標準進行測試。

簡單而言，就是在開展復合材料的內部安裝時，其安裝區域為車內的墻板、車窗下部分、車窗上部分、天花板等。依據相關標準顯示，車窗內板、車窗下部分的復合材料均需達到HL3標準的要求。在司機室、客室之間必須要設置防火隔板，采取間壁的形式，司機室間隔壁需要延伸到地板、外墻內側、頂板內側等區域內。車底與各個車客室與司機室之間的地板必須要使用防火性強的復合材料，采取水平隔火板的形式。在安裝過程中，若是管道、電線需要穿過復合材料隔板，必須要嚴格按照相關要求，采取防火封堵措施，最大程度降低管線穿插對隔板耐火性的影響。

依據EN45545-2中的相關規定，芳綸蜂窩復合材料結構的應用中，針對復合材料結構需要進行防火試驗，以此確保復合材料防火性復合相關要求。就軌道列車而言，其中的核心復合材料對防火性的要求比較高，相關部門必須要重視復合材料防火試驗工作。

4 結束語

綜上所述，通過本文上述的分析闡述能夠得知，軌道列車構建中復合材料的應用，不管是核心材料還是復合材料均需要開展防火試驗。依據相關指標顯示，復合材料只有更好的滿足各類標準，才能夠在軌道交通車輛的防火試驗中開展，針對軌道列車上各個區域內的復合材料，必須要全面落實防火試驗，強化復合材料整體防火性能，以此確保后期的使用安全。

[1]黎莉莉.淺析城市軌道車輛復合材料防火要求[J].技術與市場,2018,25(02):173-174.

[2]鄔志華. 顆粒填充纖維增強復合材料動態力學性能及其夾芯結構抗撞擊性能研究[D].國防科學技術大學,2016,27(03):287-290.

[3]丁叁叁,田愛琴,王建軍,滕樂天.高速動車組碳纖維復合材料應用研究[J].電力機車與城軌車輛,2015,38(S1):1105-1108.

[4]張靈婕. 高速列車防火性能研究[D].西南交通大學,2014,10(14):289-293.

[5]王永剛,李東鋒,劉森.城市軌道交通車輛輕量化司機室結構研究[J].鐵道機車與動車,2013,20(11):5-7+15+3.