城轨车辆内饰件燃烧特性分析

文质彬，李玉倩

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

近年来，随着我国经济的快速发展，轨道交通也在各大城市蓬勃发展。由于城轨车辆车厢内人员密度大，活动空间小，且列车处于高速运动状态，一旦发生火灾，火势发展迅速，燃烧蔓延快，火灾引发的热量和烟气在车厢会迅速地传播蔓延，并在短时间内遍布整个车厢，从而造成重大人员伤亡和经济损失[1]。

为了阻止和减缓火灾发生的概率，城轨车辆上使用的非金属材料须满足难燃、低毒、低烟气等防火特性。本文通过对车厢内不同位置的非金属材料按照标准EN 45545进行燃烧性能测试，分析不同的非金属材料可以满足的危害等级(HL)。

火灾的发展过程依次为阴燃阶段、增长阶段、充分发展阶段、衰退阶段直至最终熄灭，如图1所示。热释放速率是描述车辆火灾过程中最重要的参数，它体现了火灾中能量释放的量，是决定车辆火灾危险性的重量因素。本文通过试验测试出城轨车辆内饰件的热释放速率，然后计算出车厢内内饰件总的热释放量，为控制车厢内的最大热释放量提供数据支撑。

图1 火灾发展过程中热释放速率变化规律

1 不同内饰件的燃烧特性分析

标准EN 45545按照非金属材料及其部件的用途、布局位置等特性，列出了车辆上的常见非金属材料，并分类为近70个种类。这些种类的非金属材料按照分类的不同，须满足的测试标准和燃烧特性指标均不同。这些防火指标主要包括反映材料火焰传播性的火焰熄灭时的临界辐射通量，反映材料热释放能力的热释放速率，反映材料着火产生烟雾程度的光密度，反映材料着火后产生毒性气体的毒性指数等。

城轨车辆的内饰件主要包含中顶板、出风格栅、侧顶板、侧墙、端墙及电气柜、座椅和地板布等部件，分布在车内顶面、立面和地面。根据标准EN 45545的要求，车厢内的中顶板、出风格栅、侧顶板、侧墙、端墙及电气柜的级别为R1，座椅的级别为R6，地板布的级别为R10，它们在不同危害等级(HL)下的要求如表1～3所示。

表1 标准EN 45545-2中R1级别的不同危害等级(HL)要求[2]

表2 标准EN45545-2中R6级别的不同危害等级(HL)要求[2]

表3 标准EN45545-2中R10级别的不同危害等级(HL)要求[2]

车厢内金属材质内饰件的表面处理方式主要是油漆，因此本文对多种品牌的油漆进行试验，同时也对贴膜、喷塑和陶瓷喷涂等处理方式进行相同的试验，试验结果如表4和表5所示。结合表1分析可知，金属材质内饰件表面油漆、贴膜、喷塑和陶瓷喷涂的处理方式可以达到HL3等级的要求。

表4 不同品牌油漆R1级别的试验数据

表5 不同表面处理方式R1级别的试验数据

通过对比分析表4和表5的试验数据可知，贴膜、喷塑与油漆的燃烧特性差距较小；而陶瓷喷涂采用的是无机非金属材料，基本不燃烧，其热释放速率为0，防火性能最好。

车厢内饰件的材质还常用铝蜂窝板和玻璃钢，因此本文对多种品牌的铝蜂窝板和玻璃钢材料进行试验，试验结果如表6和表7所示。结合表1分析可知，铝蜂窝板和玻璃钢材质都可以达到HL3等级的要求。

表6 不同品牌6 mm带油漆铝蜂窝板R1级别的试验数据

表7 不同品牌3 mm带油漆玻璃钢板R1级别的试验数据

乘客座椅通常采用不锈钢椅面和玻璃钢椅面两种材质，由于不锈钢椅面是金属材质，因此本文对多种品牌的玻璃钢座椅进行试验，试验结果如表8所示。结合表2分析可知，玻璃钢座椅可以达到HL2或HL3等级的要求。

表8 不同品牌5 mm带胶衣玻璃钢椅面R6级别的试验数据

地板布通常采用PVC或橡胶材质，因此本文对多种品牌的PVC和橡胶地板布进行试验，试验结果如表9和表10所示。结合表3分析可知，橡胶地板布可以达到HL3等级的要求；而PVC地板布中由于含有大量氯元素，对燃烧特性参数烟密度影响较大，目前只能达到HL1或HL2等级的要求。

表9 不同品牌PVC地板布R10级别的试验数据

表10 不同品牌橡胶地板布R10级别的试验数据

2 整车内饰件的热释放量计算

热释放速率是描述车辆火灾过程中最重量的参数，它体现了火灾中能量释放的多少。CSIRO(common wealth scientific & industrial research organization(Australia))曾对已有的列车车厢进行火灾规模分析研究，采用锥形量热仪测得车内不同材料单位面积的热释放速率，再乘以材料面积确定材料的热释放量，车厢内部所有材料总的热释放量为各种材料热释放量的叠加[3]。

本文根据标准ISO 5660-1测得每种内饰件材料的热释放速率曲线后，再根据面积计算出内饰件的热释放量随时间的变化曲线，曲线叠加后可以得出车厢内内饰件总的热释放量随时间的变化曲线，如图2所示。此时，单节车内饰件的最大热释放量为6.2 MW。

若将椅面材质改用不锈钢金属材质，侧墙改用铝合金材质表面油漆后，节车内饰件的最大热释放量为5.1 MW，如图3所示。因此，选用金属材料或热释放速率小的非金属材料可以达到降低单节车内饰件的最大热释放量的目的。

对比分析图2和图3可知，车厢内饰件的热释放曲线会出现2个波峰。图2中第1个波峰来自玻璃钢座椅和玻璃钢侧墙，第2个波峰来自地板布。图3中第1个波峰来自由金属内饰件表面的油漆，第2个波峰来自地板布。此时若要继续降低车厢内饰件的最大热释放量，则须选用热释放速率较小的地板布。

图2 车厢内饰件热释放-时间曲线1

图3 车厢内饰件热释放-时间曲线2

3 结语

对于城轨车辆内饰件中顶板、出风格栅、侧顶板、侧墙、座椅端墙及电气柜和地板布，本文通过试验测试得到它们的燃烧特性数据，并结合标准EN 45545的要求得出车厢内饰件常用的非金属材料都能达到标准EN 45545的要求，只是可以满足的危害等级(HL)不同。

本文通过试验测得每种内饰件材料的热释放速率曲线，并计算出单节车厢内饰件的最大热释放量为6.1 MW，从而为选用热释放速率低的材料降低车厢内的最大热释放量提供参考。