轨道车辆内装新材料的应用研究

郝婷婷

摘 要：针对轨道交通内装新材料在高速动车组的应用，影响乘客安全性及舒适性等方面，介绍了轨道交通内装新材料的特点，对合理选择内饰材料，如何引进新材料、新工艺、实现最大的模块化、轻量化进行分析，对轨道交通内装新材料的应用前景和方向进行研究。

关键词：夹层复合结构;复合材料;发展趋势;轻量化

在轨道交通飞速发展的大环境下，轨道交通内装新材料的研制迎来了前所未有的发展契机，内装产品作为列车直接面向乘客的窗口，在整车性能以及乘客安全性、舒适性等方面，都有着不可替代的作用。合理选择内饰材料是内饰设计的关键点，在此前提下，研究内饰产品的轻量化、模块化等设计理念，对提高列车内饰产品档次和质量、以及节能降耗有着重要意义。

1 轨道交通内装使用的主要材料

1.1 夹层复合结构材料

复合产品主要为夹层结构，也就是三明治夹芯结构产品，其具有强度高、刚性好，重量轻、超平整、色泽均一、隔音、隔热、保温、防潮、防火、抗风压、抗震、耐候性佳、寿命长及加工安装方便、颜色可选性广等优点;而且其性能价格比远远超越传统的单板及其他类别结构，真正做到“绿色环保、节约能源”，实为现代装饰首选材料。

1.1.1 按芯材材料分（图1）

（1）铝蜂窝复合板;

（2）泡沫芯复合板;

（3）纸蜂窝复合板;

（4）泡沫铝复合板;

（5）胶合板复合板;

（6）瓦楞铝复合板。

1.1.2 按蒙皮材料分

（1）铝面复合板;

（2）铁面复合板;

（3）不锈钢面复合板;

（4）防火板面复合板;

（5）玻璃纤维预浸料复合板;

（6）碳纤维预浸料复合板。

1.1.3 夹层复合结构材料的性能

夹层复合结构产品根据应用部位及组成结构的不同，其主要性能如下：

（1）产品形态：平板、弯曲板、弧形板、多曲面板等;

（2）厚度：5 mm～50 mm及以上;

（3）平面抗压：1.0 MPa～5.0 MPa;

（4）平面抗拉：1.5 MPa～6.0 MPa;

（5）弯曲强度：20 MPa～60 MPa;

（6）防火环保：满足DIN5510、BS6853、TB3139、

TB3237、EN45545等标准。

复合材料产品结构不仅组合方式十分丰富，性能优越，其产品的外观表面处理也非常广泛，主要处理方式有：油漆处理、喷塑处理、表面氧化处理、HPL、玻/碳纤维、不锈钢等蒙皮面本色处理、敷贴装饰膜处理等。

1.2 复合材料

按照复合材料的热固性可分为玻、碳、芳纶等纤维预浸料;FRP玻璃钢;树脂发泡纤维板。

1.2.1 玻、碳、芳纶等纤维预浸料

预浸料是增强纤维（玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等）浸渍树脂基体后制备的一种具有优异性能的半固化复合材料，通过后期磨具进行二次固化成型（图2）。它具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、耐蠕变、隔热、耐磨、消声、电绝缘等一系列优点，纤维增强预浸材料的另一个特点是各向异性。

由于其优越的力学性能，可用于制造刚性好且重量要求轻的产品部件。预浸料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。

1.2.2 FRP玻璃钢

玻璃钢按照工艺类别可分为：手糊工艺玻璃钢、RTM工艺玻璃钢、SMC模压玻璃钢。按照纤维编织类别可分为：3D蜂窝玻璃钢。

在铁路客车中手糊工艺玻璃钢应用在地板，优点是防潮，轻量化。SMC模压玻璃钢应用在侧窗板，适合用于同一形状的批量加工件。

3D蜂窝玻璃钢（图3）主要是通过3D双针床玻璃纤维织物的纤维拉伸在玻璃钢产品内部形成一个蜂窝状的空腔，使产品继承了普通玻璃钢产品的成型性能好，结构强度高的优点，并满足了轻量化的要求。在铁路客车中应用在侧顶板、侧墙板、门罩板。

1.2.3 树脂发泡纤维板

树脂发泡纤维板是由热固性树脂（酚醛树脂、三聚氰胺树脂、特种环氧树脂等）和增强纤维层压至适当厚度而成的一种复合材料。独特工艺制成的板材具有很多非常重要的特性：

（1）重量轻，其标准密度为210 kg/m3，密度可根据产品性能进行变化;

（2）成型后尺寸稳定，不因环境的变化而产生变形;

（3）可成型性优越，可3D成型，制成不同形状的产品;

（4）防火、环保性能优越。

该材料根据不同产品不同的性能要求，选择合适的产品密度及复合不同的面层（预浸料、铝板等）进行组合，从而达到最优的产品性能。所以目前在汽车、船舶、轨道交通等领域应用越来越广泛。在列车上的应用部位有风道、客室顶板、端墙等。

2 内装新材料在轨道交通领域的发展方向

2.1 轻量化是轨道交通发展的必然趋势

根据相关数据统计目前我国开通地铁的城市有32座，然而一个现实是迄今为止全国也仅仅有三条地铁线路实现盈利，分别是北京4号线、机场线和上海1号线。因此如何降低地铁车辆的运营成本是摆在我们面前的一个重要课题。而要降低地铁车辆的运营成本，车辆轻量化是比较有效的。

2.2 轻量化应用

（1）中顶板：铝板模压成型：采用1.5 mm铝板模压成型，成本较低，重量8.5 kg/m2。在高速动车组中广泛应用;

（2）瓦楞板中顶板：设计厚度为10 mm，产品成型后刚度好，结构强度高等特点，重量为5 kg/m2。在地铁、高速动车组中广泛应用;

（3）预浸料复合板：设计厚度为10 mm，产品成型性能好、可设计性强、根据客户要求可以制造各种3D曲面造型，隔音、隔热性能优越，重量为3 kg/m2，更能体现产品的轻量化。在近年生产的高速动车组中广泛应用;

（4）侧顶板：采用SMC模压成型玻璃钢，密度5.4 kg/m2，为了更好的满足轻量化设计要求，采用树脂发泡纤维板替代玻璃钢进行侧顶板产品制作，成型性能好，3 kg/m2，满足产品使用要求。

3 内装设备的材料选择

高铁技术日新月异，如何做到更快、更轻、更环保？设计中需要考虑更多的因素，要突破一个又一个难题。为了达到车辆轻量化及防腐、耐蚀性的目的，我们选用材质较轻，抗腐蚀性能好的材料。新材料在“复兴号”上应用也十分广泛，如通过台区域的间壁，采用新型铝蜂窝复合板的结构，重量轻、整体性强、外观覆膜更加美观大气。“复兴号”上客室行李架以新型复合材料板代替传统玻璃，更加轻量化，更美观。顶板采用铝瓦楞板代替铝蜂窝板，降低了成本，提高了可塑性。

4 總结

新材料在高速动车组上的应用大大延长了车辆的使用寿命、降低车辆自重系数、提高车辆系统的经济效益。

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