新材料在轨道交通车辆内饰中的应用

[摘 要] 文章从轨道交通车辆内饰材料谈起，介绍几种新型材料在轨道交通车辆内饰中的应用，为轨道交通车辆内饰材料的选择和应用提供借鉴。

[关键词] 轨道交通车辆；轻金属材料；高分子材料；复合材料；蜂窝材料

[作者简介] 田旭鹏，南车青岛四方机车车辆股份有限公司工程师，研究方向：机车车辆，山东 青岛，266111

[中图分类号] U270.4 [文献标识码] A [文章编号] 1007-7723（2013）01-0031-0003

自2007年中国铁路“4·18”大提速以来，我国轨道交通车辆装备技术取得了巨大的发展，以京沪高铁为标志的高速铁路已于2011年开始在我国投入运营，预计到2012年底，我国高速铁路运营里程将突破1万公里。同时，城市轨道交通和城际铁路也迎来了发展的黄金时期，预计至2020年，国内将有约40个城市拥有城市轨道交通，总规划运营里程达7000多公里。

随着社会文明的进步和生活水平的提高，人们对轨道交通车辆的方便、快捷提出更高要求的同时，也对乘坐轨道交通车辆的安全、舒适、可靠提出了越来越高的期望。作为旅客直接接触界面，轨道交通车辆的车辆内饰设计直接决定了旅客对乘坐轨道交通车辆的直观感受。

一、轨道交通车辆内饰材料的发展概况

长期以来，胶合板占据了我国轨道交通车辆内饰材料的主体地位，大量应用于铁路客车的地板、顶板、间壁、墙板等内饰件中。

胶合板内饰件一般造型简单，密度较大，外露表面可敷贴塑料贴面板来装饰。随着轨道交通车辆运营速度的提升和装备技术的进步，现代车辆内饰在原来的设计中又增加了轻量化和隔音降噪的要求，为保证轨道交通车辆旅客界面的美观和舒适，原先仅仅使用以胶合板为主材质的内饰配件无论是在造型设计上还是在表面处理及性能上均已无法满足现代车辆内饰发展的要求，于是，一大批替代的轻量化新材料应运而生。

目前用于轨道交通车辆内饰的新材料主要包括轻金属材料、高分子材料、复合材料、蜂窝材料等几大类。

二、轨道车辆内饰新材料分析

（一） 轻金属材料

轻金属材料主要包括铝合金、镁合金等，在轨道交通车辆上有着广阔的应用前景。铝合金的强度/质量比非常高（超过3倍），由于其密度小、强度高、耐腐蚀性好的优点，目前已在汽车、船舶、航空、航天等领域得到了广泛的应用。

在轨道交通车辆内饰中，铝板是最常见的材料，成型容易，其表面可喷涂、可覆膜，非常有利于营造美观舒适的客室环境。涂瓷铝板、铝板覆膜、铝板喷漆等工艺广泛应用于轨道交通车辆的墙板、顶板及间壁隔板，此外，铝合金板材也在列车风道、装饰设备件等方面得到了广泛的应用。在高速动车组中，铝合金型材骨架已经取代了传统的木结构骨架。

近年来，国外有用镁合金、钛合金等航空材料代替铝合金来制造车内骨架的尝试，其质量只有铝合金的66%，轻量化效果更加明显。

（二）高分子材料

高分子材料广泛应用于轨道交通车辆内饰中，其轻量化和隔音降噪效果十分明显。

1. 玻璃钢

玻璃钢（FRP），即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂和酚醛树脂基体，根据使用树脂品种的不同，可分为聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。玻璃钢具有轻质高强、耐腐蚀性好、成本低廉、成型好且不受幅宽限制的优点，表面可喷涂、可敷膜，在轨道交通车辆内饰中主要用于制造复杂曲面装饰板。

近几年来，玻璃钢产品已由最初的手糊成形转向注射、模压（SMC）成形，新型工艺改进了以往手糊成形工艺精度不高、不能生产结构特别复杂产品的缺陷，并且进一步提高了配件的制造精度和成型质量，从而实现了配件的大批量生产。

目前，玻璃钢产品主要用作轨道交通车辆的客室墙板、玻璃钢整体盒子间等，是轨道车辆内饰的主型材料之一。据统计，日本铁路高速新干线电动机车FRP用量已占列车总重量的1.4%[1]。

2. 热塑性工程塑料

PC合金是最常见、也最常用的热塑性工程塑料，它是由聚碳酸酯树脂挤压或注塑而成，可选择颜色与花纹，具有装饰性好、比强度高、抗冲击性高、表面耐磨性与抗划性高、无毒、无味、无腐蚀性的优点；但PC合金具有刚度弱、受幅宽限制、材料与模具较贵的缺陷，一般在车辆内饰中只用来制作小型装饰设备件，如客室风口格栅、灯罩等。

美国GE公司早在2005年就开发了一种新型的热塑性工程塑料用于轨道车辆内饰。该材料将Schneller公司的有机氟聚合物Indura GTform与GE公司的长玻纤增强热塑性片材Azdel Rail-Lite一起配合使用，形成具有装饰性的热塑性层压板，具有很好的三维成型性、耐久性，并有耐脏抗涂写污染和溶剂损伤的功能，可应用于顶板、椅背、扶手、行李架等内饰配件中。

3. 橡胶材料

为降低轨道交通车辆，尤其是高速列车在运行时带来的冲击、振动和噪声，保证客室的舒适度，早期内饰施工中仅仅使用橡胶板作为垫板的方法已经无法满足要求，在轨道车辆内饰安装时必须选用性能更好的减振降噪元件，其中包括粘弹性能、耐疲劳、耐老化性能更优的橡胶元件。橡胶元件对高速列车的减振降噪作用特别显著，有效避免了车辆内饰安装时的硬连接，隔断了车外噪音向车内传播的途径，对高速列车的舒适平稳具有无可取代的作用。

在我国某型号卧铺动车组中，卧铺间壁与车体之间的连接全部采用了如图2所示的弹性安装件，有效地降低了卧铺包间内的噪音，为世界首列时尚、舒适的卧铺动车组投入运营提供了保障。

（三）复合材料

复合材料是以纤维、颗粒等作为增强材料，以聚合物、陶瓷、金属等作为基体复合而成的具有优异性能的新型材料。它具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、隔热、耐磨、低成本、可设计性强等一系列优点，正在成为轨道交通车辆内饰轻量化设计中越来越重要的一类材料[2]。

随着高速动车组技术的引进、消化和吸收，许多新型的复合材料渐渐被我们所熟知和运用，比如，某型动车组客室中顶板应用的3mm厚铝板复合装饰板，其结构为铝板+热塑性低密度聚乙烯+铝板复合而成；客室侧顶板则是由铝板+热塑性低密度聚乙烯+铝板或者不锈钢板+热塑性低密度聚乙烯+不锈钢板复合而成；通过台及走廊平顶板选用的材料为中空的瓦棱铝板，厚度仅为5.2mm；行李架后部挡板则是三聚氰胺装饰纸层+苯酚芯材纸层+铝材层+苯酚芯材纸层+铝材层复合而成，厚度仅为3mm。

国内外的种种研究和应用表明，复合材料是轨道交通车辆轻量化最有发展前景的新材料。

（四）蜂窝材料

蜂窝板材通常由上下面板和蜂窝芯材组成，蜂窝芯材密度极小，大约只有同厚度材料的1/10。按照蜂窝材质来说，蜂窝分铝蜂窝、芳纶蜂窝、玻璃钢蜂窝、碳纤维蜂窝等。当面板和芯材采用不同的材料时，称为复合蜂窝板，例如，飞机地板就采用单向碳纤维面板、芳纶蜂窝芯的复合蜂窝板，其强度、刚度和抗冲击能力极好。

蜂窝板具有重量轻、刚度大的优点，且具有优良的隔音、隔热性能，在蜂窝板的装饰面可以喷涂，也可用粘贴、真空吸附等方法覆贴装饰膜，装饰效果很好，所以蜂窝板，尤其是铝蜂窝板在轨道交通车辆的内饰中得到了大量的应用，广泛用于制作客室地板、顶板、间壁隔板以及各种门板等[2]。

以铝蜂窝地板为例，原来一辆25型铁路客车的胶合板材料地板的重量约为1.5T，而一辆高速动车组铝蜂窝板材料地板的重量仅仅约为0.8T，减重效果极为明显。

三、结 语

目前，轨道交通车辆装备技术的发展突飞猛进，轻量化、低噪音、节能环保已成为轨道交通车辆发展的趋势，同时，也是新时期轨道交通车辆对车辆内饰提出的要求和目标。车辆内饰正从木结构向无木结构、金属结构转变，轨道交通车辆内饰阻燃、减重、降噪的性能，节木代木，以及具有更好装饰性能的新型材料无论在品种还是数量上都有着巨大的需求。金属材料、高分子材料、复合材料、蜂窝材料等已在轨道交通车辆内饰材料中占据越来越重要的位置。

日本铁道综合技术研究所筹划的从2010年起5a间的“基本规划（RESEAR CH2010）”中提出的研发项目有：（1）防灾能力强的铁道系统；（2）抵御事故能力强的系统；（3）人机系统高端化；（4）列车控制智能化；（5）沿线环境低负担；（6）节能；（7）维修、建设高效化；（8）列车高速化；（9）开发先进的信息处理技术促进高效运输及客服水平；（10）仿真技术高级化等。在（2）、（5）、（6）、（7）、（8）各项目中，正在期待通过材料技术的进步而获得进展[3]。因此，对原先应用的材料和工艺进行改进开发的同时开发环保、纳米等新型材料及其应用技术也是轨道交通车辆内饰材料发展的方向。研究、开发和利用新材料，从而提高轨道交通车辆内饰的质量、美观效果和使用寿命，保证旅客乘坐的舒适度，对提升轨道交通车辆市场竞争力有着重要的意义。

[参考文献]

[1]顾振国.复合材料在铁路高速列车上的应用[J].玻璃钢/复合材料，1998，（1）.

[2]高速列车轻量化技术[J].机车电传动，2004，（4）.

[3]久保俊一，彭惠民.轨道车辆用材料的开发与动向[J].国外机车车辆工艺，2011，（2）.

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