軌道車輛內裝新材料的應用研究

郝婷婷

摘 要：針對軌道交通內裝新材料在高速動車組的應用，影響乘客安全性及舒適性等方面，介紹了軌道交通內裝新材料的特點，對合理選擇內飾材料，如何引進新材料、新工藝、實現最大的模塊化、輕量化進行分析，對軌道交通內裝新材料的應用前景和方向進行研究。

關鍵詞：夾層復合結構;復合材料;發展趨勢;輕量化

在軌道交通飛速發展的大環境下，軌道交通內裝新材料的研制迎來了前所未有的發展契機，內裝產品作為列車直接面向乘客的窗口，在整車性能以及乘客安全性、舒適性等方面，都有著不可替代的作用。合理選擇內飾材料是內飾設計的關鍵點，在此前提下，研究內飾產品的輕量化、模塊化等設計理念，對提高列車內飾產品檔次和質量、以及節能降耗有著重要意義。

1 軌道交通內裝使用的主要材料

1.1 夾層復合結構材料

復合產品主要為夾層結構，也就是三明治夾芯結構產品，其具有強度高、剛性好，重量輕、超平整、色澤均一、隔音、隔熱、保溫、防潮、防火、抗風壓、抗震、耐候性佳、壽命長及加工安裝方便、顏色可選性廣等優點;而且其性能價格比遠遠超越傳統的單板及其他類別結構，真正做到“綠色環保、節約能源”，實為現代裝飾首選材料。

1.1.1 按芯材材料分（圖1）

（1）鋁蜂窩復合板;

（2）泡沫芯復合板;

（3）紙蜂窩復合板;

（4）泡沫鋁復合板;

（5）膠合板復合板;

（6）瓦楞鋁復合板。

1.1.2 按蒙皮材料分

（1）鋁面復合板;

（2）鐵面復合板;

（3）不銹鋼面復合板;

（4）防火板面復合板;

（5）玻璃纖維預浸料復合板;

（6）碳纖維預浸料復合板。

1.1.3 夾層復合結構材料的性能

夾層復合結構產品根據應用部位及組成結構的不同，其主要性能如下：

（1）產品形態：平板、彎曲板、弧形板、多曲面板等;

（2）厚度：5 mm～50 mm及以上;

（3）平面抗壓：1.0 MPa～5.0 MPa;

（4）平面抗拉：1.5 MPa～6.0 MPa;

（5）彎曲強度：20 MPa～60 MPa;

（6）防火環保：滿足DIN5510、BS6853、TB3139、

TB3237、EN45545等標準。

復合材料產品結構不僅組合方式十分豐富，性能優越，其產品的外觀表面處理也非常廣泛，主要處理方式有：油漆處理、噴塑處理、表面氧化處理、HPL、玻/碳纖維、不銹鋼等蒙皮面本色處理、敷貼裝飾膜處理等。

1.2 復合材料

按照復合材料的熱固性可分為玻、碳、芳綸等纖維預浸料;FRP玻璃鋼;樹脂發泡纖維板。

1.2.1 玻、碳、芳綸等纖維預浸料

預浸料是增強纖維（玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等）浸漬樹脂基體后制備的一種具有優異性能的半固化復合材料，通過后期磨具進行二次固化成型（圖2）。它具有高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕、耐蠕變、隔熱、耐磨、消聲、電絕緣等一系列優點，纖維增強預浸材料的另一個特點是各向異性。

由于其優越的力學性能，可用于制造剛性好且重量要求輕的產品部件。預浸料正在成為軌道交通車輛內飾輕量化設計中越來越重要的一類材料。

1.2.2 FRP玻璃鋼

玻璃鋼按照工藝類別可分為：手糊工藝玻璃鋼、RTM工藝玻璃鋼、SMC模壓玻璃鋼。按照纖維編織類別可分為：3D蜂窩玻璃鋼。

在鐵路客車中手糊工藝玻璃鋼應用在地板，優點是防潮，輕量化。SMC模壓玻璃鋼應用在側窗板，適合用于同一形狀的批量加工件。

3D蜂窩玻璃鋼（圖3）主要是通過3D雙針床玻璃纖維織物的纖維拉伸在玻璃鋼產品內部形成一個蜂窩狀的空腔，使產品繼承了普通玻璃鋼產品的成型性能好，結構強度高的優點，并滿足了輕量化的要求。在鐵路客車中應用在側頂板、側墻板、門罩板。

1.2.3 樹脂發泡纖維板

樹脂發泡纖維板是由熱固性樹脂（酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、特種環氧樹脂等）和增強纖維層壓至適當厚度而成的一種復合材料。獨特工藝制成的板材具有很多非常重要的特性：

（1）重量輕，其標準密度為210 kg/m3，密度可根據產品性能進行變化;

（2）成型后尺寸穩定，不因環境的變化而產生變形;

（3）可成型性優越，可3D成型，制成不同形狀的產品;

（4）防火、環保性能優越。

該材料根據不同產品不同的性能要求，選擇合適的產品密度及復合不同的面層（預浸料、鋁板等）進行組合，從而達到最優的產品性能。所以目前在汽車、船舶、軌道交通等領域應用越來越廣泛。在列車上的應用部位有風道、客室頂板、端墻等。

2 內裝新材料在軌道交通領域的發展方向

2.1 輕量化是軌道交通發展的必然趨勢

根據相關數據統計目前我國開通地鐵的城市有32座，然而一個現實是迄今為止全國也僅僅有三條地鐵線路實現盈利，分別是北京4號線、機場線和上海1號線。因此如何降低地鐵車輛的運營成本是擺在我們面前的一個重要課題。而要降低地鐵車輛的運營成本，車輛輕量化是比較有效的。

2.2 輕量化應用

（1）中頂板：鋁板模壓成型：采用1.5 mm鋁板模壓成型，成本較低，重量8.5 kg/m2。在高速動車組中廣泛應用;

（2）瓦楞板中頂板：設計厚度為10 mm，產品成型后剛度好，結構強度高等特點，重量為5 kg/m2。在地鐵、高速動車組中廣泛應用;

（3）預浸料復合板：設計厚度為10 mm，產品成型性能好、可設計性強、根據客戶要求可以制造各種3D曲面造型，隔音、隔熱性能優越，重量為3 kg/m2，更能體現產品的輕量化。在近年生產的高速動車組中廣泛應用;

（4）側頂板：采用SMC模壓成型玻璃鋼，密度5.4 kg/m2，為了更好的滿足輕量化設計要求，采用樹脂發泡纖維板替代玻璃鋼進行側頂板產品制作，成型性能好，3 kg/m2，滿足產品使用要求。

3 內裝設備的材料選擇

高鐵技術日新月異，如何做到更快、更輕、更環保？設計中需要考慮更多的因素，要突破一個又一個難題。為了達到車輛輕量化及防腐、耐蝕性的目的，我們選用材質較輕，抗腐蝕性能好的材料。新材料在“復興號”上應用也十分廣泛，如通過臺區域的間壁，采用新型鋁蜂窩復合板的結構，重量輕、整體性強、外觀覆膜更加美觀大氣。“復興號”上客室行李架以新型復合材料板代替傳統玻璃，更加輕量化，更美觀。頂板采用鋁瓦楞板代替鋁蜂窩板，降低了成本，提高了可塑性。

4 總結

新材料在高速動車組上的應用大大延長了車輛的使用壽命、降低車輛自重系數、提高車輛系統的經濟效益。

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