浅谈城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用研究

赵瑞广

摘 要：随着我国经济的快速发展，我国城市轨道建设速度在不断加快。加之科技水平的进步，更多的新技术以及新材料在轨道交通中广泛应用，并促进了轨道交通的更快发展。本文将对新型材料在城市轨道交通中的具体应用进行分析，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

关键词：城市轨道交通;材料;应用;发展

1 前言

城市轨道交通是人们出行的重要方式，轨道交通的发展直接体现出了城市的发展水平。因此，城市建设与轨道交通是相辅相成，相互促进的。

2 新型材料的特性要求

1）绿色环保性。非金属及其复合材料可能包含有害物质或使有害气体挥发。在此环境中长期居住的人会被这些有害物质或气体造成损伤，人体的各种系统会造成伤害并影响身体健康。同样，当这些材料被丢弃时，处置不当也会造成环境污染。

2）燃烧安全性。各种新材料的大规模开发和应用也增加了潜在的火灾危险因素。内部系统的消防安全要求是铁路运输设备安全的重要方面，并且关系到乘员和乘客的安全，因此对材料燃烧安全的要求相对严格。选择符合要求的材料并指导供应商提供符合要求的材料和产品以确保内部系统符合防火安全的方法是当前设计中内部系统的优先事项。当前确保消防安全的设计材料和产品已成为人们重点关注的问题。

3）粘结应用性。由于室内装潢和其他造型需要以及成型工艺的需要，许多类型的复合材料被广泛用于乘客内饰。由于非金属材料的不可焊接性和粘合技术的优势，粘合剂被广泛用于铁路运输行业。对于竞争激烈的市场中的铁路公司而言，良好的粘接是必不可少的途径和关键技术。但是，连接技术是一项重要的特殊技术，连接质量很难得到保证。因连接技术具有很强的专业性，通过无损检测很难验证接头质量，加之粘结连接技术的局限性，粘结合产品仅取决于合理的键合结构设计，只有依靠合理的粘接结构设计，正确的粘接操作工艺和完善的粘接技术体系保证。

4）使用维护性。非金属及其复合材料具有漂亮的形状，但非金属及其复合材料成型工艺简单，重量轻，强度高和比刚度高，但是与真实金属材料相比，还是稍显不足。所以非金属材料及产品的耐磨及抗破坏等（老化、断裂、破损），损伤或失效功能、性能的修复，延长服役寿命等应用维护性更是设计中需要关注的。

3 聚碳酸酯材料的应用

聚碳酸酯，即俗称的PC材料，与传统的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下几方面的优势：

1）轻量化优势：相同厚度和面积的PC的重量仅为玻璃重量的一半，并且减光效果明显。

2）力学性能优势：作为一种由有机聚合物链状结构组成的PC材料，其韧性和强度比玻璃强得多，这主要体现在拉伸强度和冲击强度等方面。在实际使用中，PC不会自行爆炸，也不会因外力的作用而被压碎，从而提高了安全性。

3）隔热性优势：PCk值比玻璃低约10%，可以更好地隔离冬天的热损失和夏天的热传递。在冬天或夏天，与玻璃相比，空调环境不会感到冷。

4）隔声性优势：阻隔分贝值较玻璃高10%左右，可以更好的隔绝噪音。

5）抗划伤方面：经过硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗划伤效果。

综上所述：总之，聚碳酸酯材料具有一系列玻璃的性能特征，但它们的重量仅为玻璃的一半，而且重量轻且具有明显的优势。内部系统的窗户，屏幕和行李架可以由聚碳酸酯制成，而不是由现有的钢化玻璃制成。

4 预浸料的应用

预浸料是树脂基体浸渍纤维或纤维布，制成的具有一定性能的组合物，它的性能好坏直接决定了制成的复合材料的性能好坏，且预浸料某些性质更是会直接带入复合材料中，故而预浸料的性能会对预浸料性能产生较大影响。由于预浸料在制备后到使用往往需要经过一段时间进行运输以及加工，所以其基体树脂在这段时间内可能会发生一些化学反应，这些反应则会严重影响预浸料的使用性能以及复合材料制品的性能。从应用情况来看预浸料及其复合材料具有低毒、低烟、强度大、质轻和阻燃等性能，在交通运输领域应用比较广泛。

由于预浸料具有良好的力学性能、外形尺寸精度高、重量轻等优点，在轻量化需求越來越高的情况下，目前预浸料开始应用于轨道行业内装系统中，比如中顶板、侧顶板、侧墙、门立罩、客室电器柜、车头等各个系统中，相信随着技术的发展，后续将有大量的应用需求。

5 碳纤维材料的应用

碳纤维是一种能像钢那样导电，并且具有许多热，机械和电特性。碳纤维材料比耐热钢更耐高温，比不锈钢更耐腐蚀，但比铝密度小，比钢强。

1）耐腐蚀性能优越。首先，碳纤维材料不仅具有碳材料固有的特性，而且具有纤维材料的柔软性和加工容易性。碳纤维材料的杨氏模量是传统玻璃纤维的三倍，是凯芙拉纤维的两倍。此外，碳纤维材料不会溶胀和溶解在酸，碱和有机溶剂中，并且具有出色的耐腐蚀性。

2）密度小、强度高。目前，玻璃纤维增强的低密度，高强度热固性塑料是中国大多数城市轨道交通车辆的驾驶室遮罩材料，碳纤维的密度和强度均低于玻璃纤维。通常，城市铁路车辆的面罩重量在250kg至320kg之间，但是必须使用碳纤维增强的热固性玻璃来减轻车辆的重量。

3）抗拉强度高。碳纤维的抗张强度是玻璃纤维的两倍以上，是钢的7至8倍以上，但碳纤维的密度仅为玻璃纤维的2/3和钢的1/5。在制造地铁车辆驾驶员座椅面罩时，使用碳纤维材料代替玻璃纤维可以满足面罩的性能标准，并促进轻轨方向上城市轨道交通车辆的发展。未来用于汽车内饰件的材料的选择将越来越倾向于具有优异性能的碳纤维材料。

4）构件自重小、刚度大。通常，材料的比模量越高，部件越硬，比强度越高，部件的重量越低。碳纤维材料是具有高比模量和强度，低部件重量和高刚性的优异材料。

6 化工新材料在轨道交通领域未来发展重点

新化学材料在铁路运输领域的应用已经达到一定规模，将来新化学药品的应用将继续集中在高分子材料和特种化学药品上。“十三五”期间，中国铁路运输新材料年平均消费量为80万吨，市场总规模约为220亿元。首先是研究在铁路运输设备上使用更多类型的新化学品的可能性，并促进它们进一步提高铁路设备上使用新化学品的比率。二是根据材料功能设备的需求，提高材料的技术水平，开发更多种类的复合材料。其三是着眼于材料的使用性能，铁路运输设备中使用了新的化学材料。一方面，它必须反映其高级功能，另一方面，必须保证服务的性能在长期使用后保持稳定。增加新化学药品在铁路运输领域中的应用率是最近的重要发展方向。

7 结束语

综上所述，作者在本文之中对其进行了全面的剖析，希望能够给予大家一些启发，各种新型的材料在城市轨道交通中的应用越来越广泛，也带动了城市的不断发展和进步，以交通带动城市更快的进步，为现代化城市奠定坚实的基础。

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