浅谈城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用研究

朱亚军

温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司

浅谈城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用研究

朱亚军

温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司

随着城市轨道车辆的迅速发展，对于城市轨道车辆的车体内装材料选择也更加严格。为了保障城市轨道车辆可以快速且安全可靠地运行，要采用轻量化的新型材料。本文将就我国现如今较为常见的NGC铝合金材料、聚碳酸酯材料、铝塑复合板以及碳纤维材料进行分析研究。

城市轨道车辆；轻量化；新材料

1 引言

随着我国社会主义现代化进程，城市轨道交通的到了极大的发展。作为车辆组成的重要部分，车辆内装采用轻量化的材料，有利于车辆行驶过程中更加安全和节能环保。因此，对于城市轨道车辆的设计者和生产者而言，了解轻量化新型材料在城市轨道车辆中的应用就显得十分的重要。

2 NGC型铝合金类型材料的应用

首先，就目前而言，我国的城市轨道车辆的扶手还大多采用重量较大的不锈钢材质的材料。但应用铝合金类型材料作为扶手材料，比应用不锈钢材料的重量减少50%以上，这是由于铝合金类型材料的防腐性能、机械性能和成型焊接性能都远远优于不锈钢，因此，铝合金型材能够很好地代替不锈钢材料，成为城市轨道车辆的扶手基材。相信随着城市轨道交通车辆的不断向前发展创新，性能更好的铝合金型材扶手能够得到更加广泛的推广应用。

其次，为了提高铝合金材料扶手表面的耐磨性和硬度，一般还需要对NGC型铝合金扶手的表面采取硬质阳极氧化处理，形成硬度达到3500MPa以上的硬质氧化膜。要在铝合金扶手表面形成硬质氧化膜需要进行机械抛光、拉泛、除油、清洗、化学抛光、水洗、中和、硬质阳极氧化、水洗、封孔、烘干这11道工序。溶液的浓度、组成、电流密度的温度多方面的条件，也会对铝合金扶手表面的硬质阳极氧化膜的形成有影响。其中，温度是最大的影响要素，如果溶液的温度越低，那么硬质阳极氧化膜的硬度便越高。

3 聚碳酸酯类型材料的应用

聚碳酸酯材料简称PC材料，广泛运用于交通、建筑行业。如果我们将传统的玻璃同聚碳酸酯这种新型材料进行对比度的话，我们可以明显发现聚碳酸酯材料有下面4条优点：

3.1 力学性能优势

聚碳酸酯材料在实际使用过程当中，冲击强度和拉升强度等性能明显优于传统玻璃，这是由于聚碳酸酯材料是由有机大分子构成，强度与韧性都大大强于玻璃。此外，聚碳酸酯材料的安全性更高，不会在实际的应用过程当中自爆、当受到外力冲击时也不会出现整体崩碎的现象。

3.2 明显的轻量化优势

在聚碳酸酯材料与传统玻璃面积和厚度相等的情况下，玻璃的重量是聚碳酸酯材料的两倍，因此可见聚碳酸酯材料的轻量化优势。城市轨道车辆采用聚碳酸酯材料代替传统玻璃，将大大减少车辆自重，节约能源的消耗，达到环保减排的效果。

3.3 隔声减噪优势

聚碳酸酯材料的分贝阻断值要比传统玻璃高出大概10%，可以更加有效地隔绝噪音。

3.4 隔绝热量的优势

传统玻璃的K值要高于聚碳酸酯材料大概10%，可以更有效地隔绝夏天车外的热量传入和冬天车内的热量散失。对于乘客而言，在夏天的空调环境或是冬天车外温度极低的情况下触摸聚碳酸酯材料的车窗，没有传统玻璃触感冰凉。

综上所述，我们可以看出PC材料不仅具备传统玻璃的全部性能与优点，且强度、减噪隔热都明显优于传统玻璃，重量仅仅是传统玻璃的1/2，能够促进城市轨道车辆的轻量化发展创新。今后均可以使用聚碳酸酯材料来代替车辆内部系统的屏风、车窗和行李架上现有的传统钢化玻璃。

4 铝塑复合板的应用

铝塑复合板，俗称复合铝板。铝塑复合板是一种用户专用铝塑板生加工产生的一种复合材料。将无毒低密度的聚乙烯芯板置于经过化学处理的两层涂装铝板中间，经过复合处理得到铝塑复合板。在当今的城市轨道交通车辆的内装墙板基础材料大多数都是玻璃钢、复合铝材和铝蜂窝等等。铝塑复合板这类新型材料具有比上述几种传统材料更优秀的5点功能特性：

4.1 防火性能优越

由于铝塑复合板两面是非常难燃烧的涂装铝板层，而中间是阻燃物质材料的聚乙烯塑料芯材，所以它的防火性能优越。

4.2 剥离强度高

剥离强度是铝塑复合板最关键的一项技术指标。铝塑复合板的剥离强度因为制造工艺的特殊而达到了极其良好的状态，耐候性和平整度等方面的性能都得到了相应的提高。

4.3 容易保养

铝塑复合板容易清洗，平时只需要用清水和中性的清洗剂便可，并且清洗过后的铝塑复合板材洁净如新。

4.4 耐冲击性强

铝塑复合板的韧性强，可以承受巨大的外部冲击力而没有损伤，板材弯曲也不损坏表面涂漆。

4.5 材质重量轻

铝塑复合板每平方米的重量仅为3.5kg到5.5kg左右，然而现在广为使用的铝蜂窝板每平方米的重量达到了11kg左右，铝塑复合板的轻量化优势十分的明显。

5 碳纤维材料的应用

碳纤维是一种能像钢那样导电，具有大量热学、力学和电学性能的纤维状碳材料。碳纤维材料比耐热钢耐高温、比不锈钢耐腐蚀，然而它的密度却比铝小、强度比钢大。

5.1 耐腐蚀性能优越

首先，碳纤维材料不仅具备碳材料固有的特性，同时也拥有纺织纤维材料的柔软易加工性。碳纤维材料的杨氏模量是传统玻璃纤维的3倍之多，是凯芙拉纤维的2倍左右。此外，碳纤维材料在酸、碱性溶剂和有机溶剂里不胀不溶，耐腐蚀性能十分出众。

5.2 密度小、强度高

目前，经过玻璃纤维增强的低密度、高强度的热固塑料，是我国绝大多数的城市轨道交通车辆的司机驾驶室的面罩材料，而碳纤维的密度比玻璃纤维更小，强度也更高。一般情况下，城市轨道车辆的面罩质量在250kg到320kg之间，为了车辆的轻量化目标，应当使用经过碳纤维增强过的热固玻璃。

5.3 抗拉强度高

碳纤维的抗拉强度能达到玻璃纤维的2倍以上、钢材料的7至8倍上下，但碳纤维的密度仅为玻璃纤维的2/3、钢材料的1/5。在地铁车辆司机驾驶室的面罩制作时，使用碳纤维材料来代替玻璃纤维，能够才满足面罩的各项性能标准的情况下，推动城市轨道交通车辆朝轻量化方向发展。相信在未来，车辆内装件的材料选择上，会越来越偏向性能卓越的碳纤维材料。

5.4 构件自重小、刚度大

一般而言，材料的比模量越高，则构件的刚度越大；比强度越高，则构件自重越小。碳纤维材料则正是比模量与比强度高、构件自重小刚度大的绝佳材料。

综上所述，随着科学技术的不断发展，城市轨道车辆的材料应用也应当随之发展改革，使用强度更大、质量更轻的新型材料。

[1]包鸣.浅析城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用[J].中国新技术新产品,2015(16)

[2]王舜.城市轨道车辆内装轻量化新材料的应用研究[J].中文科技期刊数据库,2016(1)

[3]薛克钟.城市轨道车辆车体材料选择[J].城市轨道交通研究,2015(6)