浅析几种地板基材在新能源公交上的应用对比研究

向光波　辛培防　贾华坡　王雪峰　樊利芳

摘 要：针对目前新能源公交车地板材质的选用问题，分析国内公交车地板采用竹编地板、PVC地板、木质胶合地板和PP蜂窝地板四种不同材质地板的研究现状，性能特征、应用环境策略，影响承载力和变形量因素、结合公交车运营特殊环境，为后续纯电动公交地板设计选型提供参考依据。

关键词：地板基材 纯电动公交 对比研究 承载力 变形量

1引言

公交车辆是城市出行的主要交通工具，已成为城市的名片和窗口[1]。随着国家新能源产业政策支持和行业发展，到2019年新能源公交占比达到60%以上[2]，新能源公交中纯电动公交发展最为迅速，具有结构简单、性能可靠、节能环保等优点，由于纯电动公交受电池续航里程限制，需要降低自重增加续航里程，一般公交车身的重量约占总重量的40%，研究表明新能源汽车每减重10%，续航里程可提升5%-6%，车身轻量化成为新能源公交节能、降耗、增加续航里程的重要技术路线[3]。

地板是公交车身内底部重要的承载部件，主要用来承载车内乘客，同时将车内与车外分隔开，使车内形成一个“密封”的空间，因此，公交地板在结构上既要有足够的强度和承载力，又要有隔音、降噪、减振、密封的功能[4]。公交车在行驶过程中会频繁启停受到交变载荷的作用、乘客频繁上下车作用等多种因素的影响，这些因素对公交车厢地板在承载力、安全、可靠性、耐久性方面提出更高的要求，因此公交地板材质合理选择对提高公交乘客的乘坐安全性、舒适性起非常重要作用[4-5]。

本文通过介绍不同材质地板研究现状及在新能源公交车中应用，分析不同环境策略下地板选择、性能特点、装配工艺等纵向、横向对比研究，分析影响地板可靠性承载力和变形量的因素，对今后公交车地板选型和设计提供参考指导。

2 新能源公交车地板分类及研究现状

公交客车常用的地板基材有竹编地板、PVC地板、木质胶合地板和PP蜂窝地板等。目前研究中关于四种地板基材在纯电动公交应用分析文献资料极少，多数文献关于其中一种或两种地板基材的应用，缺少地板基材研究的数据库。目前板材的试验数据库都掌握在材料零部件生产厂商手中，数据库体系不完善。本文主要展开对竹编地板、PVC地板、木质胶合地板和PP蜂窝地板四种地板研究现状和应用的分析研究。

2.1 竹编胶合板的研究现状

《GB/T 13123-2003 竹编胶合板》中规定竹编地板称竹编胶合板，是竹篾席或竹篾席为表层、以竹帘添加少量竹碎料为芯层，经施加胶粘剂、热压而成的板材。其中表层材料竹席厚度约为（1～2mm），芯层材料竹帘厚度约（1～2mm），芯层竹帘材料交错排列（同方向排列层数不超过3层）。

黄在康等[8]报道竹材胶合板首次在汽车车厢上的应用研究，介绍车辆结构和生产工艺，分析竹材胶合板在汽车车厢上大量应用的趋势。周宝华等[9]介绍了竹材胶合板在铁路客车地板上的应用特点和使用效果。赵仁杰等[10]介绍了各类竹材人造板在产品结构的改进，工艺技术、胶粘剂的改性以及竹材加工设备的研制方面的创新成果，探讨竹材人造板的发展前景。

李旸等[11]研究了干燥时间对竹地板胶层剥离长度检测结果的影响，结果发现在干燥第3h时，竹地板试样胶层剥离长度达到最大值。单杰[12]采用紫外光人工加速老化的方法研究了胶合竹材的耐气候老化性能，得到了胶合竹材的各物理力学性能随老化时间的变化规律，建立内结合强度与胶合竹板厚度变化、其它力学指标的定量关系。

综上所述，竹编地板目前主要应用在城乡、中低端新能源公交或北方高寒地区公交车辆，应用于整车成本要求不高纯电动或燃油车辆，返工维修成本较低。

2.2 PVC地板的研究现状

PVC地板也称PVC塑胶地板，以聚氯乙烯及其共聚树脂为主要原料，加入填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等辅料，在片状连续基材上，经涂敷工艺或压延、挤出或挤压成型工艺生产而成[14]。PVC地板起源于欧洲，国内起步较晚与欧美等国家存在较大差距，国内主要以产品生产和出口为主。

李捷等[13]首次报道专用阻燃橡胶地板应用于铁路客车和公交客车领域。杨高峰等[14]介绍了聚氯乙烯塑胶地板与其他地板的区别和优势及市场前景；田甜等[15]概述国内外PVC地板行业的生产和应用现状，对比分析几种实木地板、复合地板、瓷砖与PVC地板的优缺点，生产技術研究进展和未来发展趋势。杨卫波等[16]介绍了PVC地板性能评价标准的现状，探讨产品部分重要性能参数的测试方法及评价标准。

综上PVC 地板具有耐磨性、防水防潮、耐酸碱腐蚀、防滑性能好、安全舒适、装配工艺简单等特点。但对于运营环境相对恶劣的公交客车存在易老化、脆性大、强度差、拼接缝隙多而且密封性不好的缺点，座椅支腿处容易出现局部变形，对接缝处易错台，铺设地板革处易鼓包等问题，公交车返工维修周期短，成本较高，影响客户满意度。

2.3 木质胶合地板的研究现状

木质胶合地板分桦木地板和芬兰板，桦木地板即实木复合地板以实木拼接或单板为面层、实木条为芯层、单板为底层制成齐口地板或单板为面层、胶合板为基材制成的平口地板。芬兰板为进口芬兰的桦木覆膜实木复合板，芬兰生产的桦木木质坚硬，纹理均匀、硬度高韧性好，可双面使用，耐磨性及耐腐蚀性均较好。

芬兰板主要应用于海外高端公交客车，国内外高寒地区；桦木地板用于东北地区或客户指定品牌。由于木质胶合地板存在翘曲变形、霉变、蛀虫等失效形式，不适合南方高温高湿地区使用。

2.4 PP蜂窝地板的研究现状

PP蜂窝地板亦称连续玻纤增强聚丙烯蜂窝夹芯复合板，是一种热塑性轻质“三明治”结构板，芯材为聚丙烯蜂窝，面板以玻璃纤维布增强聚丙烯（PP）板材或连续玻纤增强聚丙烯（PP）层复合板材结构，是一种具有高强度的复合材料。

王俊等[17]介绍了热塑性蜂窝夹芯结构复合板具有质量轻、硬度高、抗冲击力强和安装方便等优点，板材结构特点、生产工艺及其在汽车行业中的应用情况。邬世锋[18]介绍了热塑性蜂窝板在产品轻量化和结构强度方面具有较强优势，在厢式半挂车和全封闭厢式车中的应用案例。周翔等[19]通过对热压温度、热压压力、保压时间的分析研究，确定连续玻纤片材复合蜂窝板优选的成型工艺。通过实验研究面板结构参数、蜂窝芯结构参数对复合蜂窝板平压性能、弯曲性能及侧压性能的影响。陈斌等[20]介绍蜂窝复合地板的结构特点，阐述其在机场摆渡车上的应用情况，实现整车地板减重约60%轻量化目标。柳成冬等[21]介绍PP蜂窝板在5.9 m纯电动客厢式物流车上的轻量化设计应用，并进行路试实验和性能验证，满足整车强度要求，为同类型车辆轻量化设计提供参考。于志刚等[22]介绍了热塑性蜂窝板轻量化车厢在电动物流车上应用，解决结构强度差、生产效率低等痛点问题，为热塑性蜂窝板轻量化车厢推广应用提供参考。

PP蜂窝地板是一种具有强度高、质量轻的复合材料，早期热塑性蜂窝夹芯复合板在欧美等国家广泛用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域，国内在复合蜂窝板的研发和应用方面起步较晚，发展较快，例如杭州华聚复合材料和江苏奇一在新型蜂窝地板材料研发生产应用中处于领先地位，形成规模化生产，已经批量供货应用于物流、公交客运、建筑和工业产品等很多领域，应用前景非常广阔。

3 地板性能应用策略研究

3.1 地板力学性能成本对比

不同地板力学性能对比见表1；

4 地板纵向和横向对比分析

本文通过不同地板的选择策略、燃烧特性、环保性能、承载力和变形量的影响因素、装配工艺等几个方面展开论述，以纯电动8m和10m公交车为例。

4.1 不同环境地板选择策略

因公交车辆运营条件恶劣时（多雨雪、湿热、撒盐、超载严重）会影响地板的承载性能，所以不同环境下地板板材选用原则不同。

（1）对于不同区域气候环境不同，设计时以当地气候条件合理选择地板材质。

（2）高湿地区公交车型：优选PP蜂窝地板（国内）、芬兰板（海外），PVC地板除特殊市场客户指定其余不允许使用。

（3）高湿地区、低地板或低入口公交车型，禁止使用竹编地板。

（4）高湿地区、非低地板或非低入口公交车型，使用竹编地板或芬兰板时，地板采用自攻自钻螺钉固定为主+粘接胶辅助。

满足车辆使用条件的前提下，地板材料选取可参考如下对比：

1）承载力：PP蜂窝地板＜PVC地板＜桦木地板＜芬兰板＜竹編地板；

2）耐候性：桦木地板＜竹编地板＜芬兰板＜PVC地板＜PP蜂窝地板；

3）防水性：桦木地板＜竹编地板＜芬兰板＜PVC地板＜PP蜂窝地板；

4）降噪性：PP蜂窝地板＜PVC地板＜桦木地板＜芬兰板＜竹编地板；

5）成本：桦木地板＜竹编地板＜PVC地板＜PP蜂窝地板＜芬兰板。

以上为不同材质地板基材选用一般规律，在实际设计需要综合考虑运营区域环境、载客量因素，选用合适材质及地板厚度，主要验证项目内容包括板材自身性能指，工艺性（加工性、握钉力、地板革粘接性能），可靠性（不同环境下的承载能力）等装配工艺指标。

4.2 燃烧特性对比

根据GB 7258机动车运行安全技术条件和GB 13094客车结构安全要求中地板阻燃性为强制性要求，《GB 38262-2019 客车内饰材料燃烧特性》地板基材燃烧特性要求见表3；试验方法和评定标准依据《GB8410-2006汽车内饰材料的燃烧特性》规定。

4.3 地板环保性能有害物质限值要求

公交客车车内非金属材料地板的环保性检测，参照国标《GB/T 17729-2009长途客车内空气质量要求》执行；空气质量检测方法依据《GB/T 28370-2012 长途客车内空气质量检测方法》执行。

公交地板有害物质限值和气味等级应符合限值要求和检测方法，具体要求见表4；

4.4地板承载力和变形量因素研究

关于公交客车地板可靠性和寿命要求，在质保期内正常使用（包括公交车用水冲洗、雨水浸泡）情况下，车辆地板不得出现塌陷、开裂、翘曲变形或其他性能失效等现象。

根据GB/T 12428-2005《客车装载质量计算方法》要求，每0.125m2核定站立乘客1人计算，站立区单位面积核定站立人数为8人。霍月英等[23]建立了乘客满意度与站立乘客面积的模型，提出临界站立乘客面积的建议值为0.25m2/人，单位面积核定站立人数为4人。地板疲劳耐久性评价标准：地板不得出现塌陷、开裂、翘曲变形或分层等失效现象。地板承载力和变形量测量方法依据GB/T 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法[12]。

根据静屈强度计算公式推导出竹编地板发生破坏时的极限承载力

其中L-两支座之间的距离，单位mm；骨架档距在板长方向的间距；

b-板材宽度，单位mm；骨架档距在板材宽度方向的间距；h-板材厚度，单位mm；

本文主要分析竹编地板不同板厚，不同骨架档距面积下对应地板承载力和变形量测试，表5为分别为12mm和15mm竹编地板不同档距下对应承载力和变形量。

从表5数据对比可知：

（1）同种材质地板，随着地板支撑骨架档距面积增大，地板承载力降低，地板变形量增大。

（2）同种材质地板，在相同支撑骨架档距下，随着地板材质厚度增加，地板承载力增大，地板变形量减小。

（3）地板承载能力大小和变形量，与地板支撑骨架档距面积、地板材质和地板厚度有关。

4.5 地板装配工艺对比

结合表6四种地板装配工艺得出结论：竹编地板、芬兰板、PVC地板装配工艺均以自攻螺钉为主，辅助粘接胶。PP蜂窝地板装配工艺以粘接胶为主，辅助自攻锁紧螺钉辅助。地板下层是否铺设降噪或隔热材料，是否提前打密封胶；是否提前开孔本文不深入讨论。

5 结论

随着城市出行方式多样化，低地板和低入口新能源公交成为城市公交发展趋势。

（1）新型轻量化公交车板材的研发和应用。公交地板基材的轻量化、可靠性、耐久性、维修便利性成为各主机、零部件厂家研究的重点，对公交客车主机厂家和公交公司运营成本也有积极的经济效益。

（2）公交车地板板材数据系统不完善。目前零部件试验数据库都掌握在材料生产厂商手中，各大公交主机厂家只能通过三方机构检测验证或实车验证；选取合理公交车地板配置已经迫在眉睫，其中竹编地板、芬兰板和PVC地板发展应用较成熟，PP蜂窝地板作为轻量化代表性板材发展迅速，其板材性能指标逐步发展完善，在常规新能源公交车中已作为标配地板，应用非常广泛，是轻量化、智能化的方向。

（3）维护使用成本。PP蜂窝地板存在价格成本较高，返工维修成本高，主要用于中高端公交车型；对于东北等寒冷地区，纯电动公交车需加装燃油采暖装置车型目前仍以竹编地板和桦木地板为主。新能源汽车整车的轻量化技术重点应放在轻量化材料的应用上。

（4）公交板材发展趋势。随着碳纤维复合材料、铝镁合金蜂窝地板等新型轻量化材料探索应用，未来定会出现更多性能优于PP蜂窝地板、碳纤维复合材料和铝蜂窝地板材料，高性能低密度轻量化复合材料在新能源公交地板上得到更广泛的应用和推广。

河南省教育厅高等学校重点科研项目（22B460028）。

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