轨道车辆中的复合材料防火分析

孟凡帅 刘小霞 贾焕英 郑延强 河北唐山

在轨道交通列车建造中会使用很多的复合材料，比如：纺轮蜂窝三明治复合板。复合材料大多应用在轨道交通列车的内装部件中。由于地铁列车上使用的复合材料种类较多，因此对复合材料的防火性要求较高。EN45545-2就对复合材料的防火性能提出了相关规定, 其目的是根据材料燃烧性及有关对火的反应，不透烟性和气体散发出的毒性，来制定与材料选择有关的规则

1 轨道车辆中的复合材料防火性能评价原则三

EN45545-2标准将风险划分为EN45545-2 HL1，EN45545-2 HL2，EN45545-2 HL3,这三类风险等级。其中EN45545-2HL3要求最为严格。为了减少车辆运行时的风灾危险程度，要求铁路车辆内装饰材最好达到EN45545 HL3类，不同风险等级的EN45545-2测试要求是完全不同的。内饰材料R1危险等级HL3的数据要求如下：CFE火焰延伸测试≥20；热释放量≤60；Ds(4)烟密度≤150；VOF(4)烟密度≤300；毒性测试≤0.75。

1.1 CFE火焰延伸测试

EN ISO 5658-2 Reaction to fire tests-spread of flame-Part 2: Lateral spread on building products in vertical configuration

EN ISO 5658-2对火的反应—火焰传播—第2部分：直立布局中建筑产品侧面火焰蔓延程度。

根据EN ISO 5658-2进行测试，测试方法由两部分组成将样品暴露在明确标定辐射通量的区域内，测量引燃时间，火焰蔓延程度和最终熄灭时间。试验样品置于垂直位置，临近辐射板，暴露在明确标定辐射通量的区域内。引燃火焰接近试验样品，但不接触试验样品，样品受热端被表面上的蒸发气体所点燃。点燃之后，记录火焰前锋的发展，并记录火焰前锋于水平方向上在样品表面燃烧到达各标定距离所经历的时间。

此法采用的点燃源为辐射板及丙烷喷灯，辐射板尺寸为450mm×300mm，辐射强度可达约62kw/m2，表面温度可达约750℃。丙烷喷灯火焰长80mm，在距与辐射板最近的试件边缘20mm处施加于试样。辐射板施于试件的热流量，沿试件长边呈梯度下降，起始处为50kw/m2，末端处为1.5kw/m2。试验中测定不同时间火焰传播的距离，并计算出维持燃烧所需平均热量（火焰前沿处的公称热流量×火焰到处该处时间，单位为MJ/M2）和材料自熄所需临界热流量（kw/m2）。

横向火焰蔓延测试是样品垂直放置在一个矩形辐射面板上并且额外的气体火焰燃烧器。根据CFE值进行评估，CFE值（临界热辐射量值，用kW/m2表示）。CFE值是样品表面火焰停止传播并熄灭的位置所对应的辐射热量值，CFE值是通过测试最大火焰蔓延（mm），与此相应的辐射热值的曲线。这个测试在一个不燃的校正板上进行。

1.2 毒性分析与测试

EN ISO 5659-2:Plastics-Smoke generation-Part 2:Determination of optical density by a single-chamber test

EN ISO 5659-2:单室光密度测试产烟的方法。欧盟标准EN45545-2引用此ENISO 5659-2标准进行烟雾及毒性测试。

EN ISO 5659-2测试前预处理:进行测试前须调节试样，直至当温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%时，试样质量均衡。

EN ISO 5659-2测试方法 :样品暴露在25或（50）KW/m2辐射热源条件下进行测试。通过对CO2、CO、HF、HCI、HCN、NO2、SO2、HBr这八种气体来分析毒性。测试时间为10分钟，记录第4分钟及第8分钟的最大的烟密度及各个气体含量。

2 轨道车辆中的复合材料分类

目前的防火材料主要包括三类：中心复合材料、复合材料、材料类型的复合结构，几种不同的复合材料防火性定义主要如下：

（1）复合材料，在其应用中为多种材料，材料的层次较多。

（2）中心复合材料，中心复合材料指的是，将核心材料与材料的覆盖层紧密融合在一起，中心复合材料的总密度较低，同较厚的核心材料相比较，较薄的覆盖层属于中心复合材料的构成主体。

（3）材料类型的复合结构，在进行复合材料装车时，需要确保平面能够与平面相互融合，比如，可以采取焊接、夹住、粘粘等方式，也可以使用无缝连接，将拼成的距离控制在20mm内的材料组合结构。

依据防火要求的规定，在复合结构材料的应用中，除了需要进行核心层防火试验等，还必须要实验装车材料平面与平面之间的结合，并强化复合材料的试验工作。

3 轨道车辆中的复合材料防火分析

复合材料由于其安装位置不同，对其防火性性能的要求也各不相同，在EN45545-2规定中，其分析标准是根据材料的安装为主，分析轨道运行中，材料与乘客之间的接触几率，进而是制定出不同的复合材料防火要求。在轨道列车运行中，针对乘客接触几率较大的材料，其防火性要求也逐渐提升，针对乘客不容易接触到的材料，对材料的防火性要求相对较低。

轨道内的顶板、墙壁、车辆侧壁、地板等，针对这类材料需要进行防火处理，尽可能选取隔音好、隔音好的材料,如纺轮蜂窝复合板，将其装在轨道交通内，属于一种较为新型的复合材料。这类复合材料可以达到HL3的防火等级。在进行复合材料防火性分析时，需要先进行结构设计分析，然后对组成材料逐一按标准进行测试。

简单而言，就是在开展复合材料的内部安装时，其安装区域为车内的墙板、车窗下部分、车窗上部分、天花板等。依据相关标准显示，车窗内板、车窗下部分的复合材料均需达到HL3标准的要求。在司机室、客室之间必须要设置防火隔板，采取间壁的形式，司机室间隔壁需要延伸到地板、外墙内侧、顶板内侧等区域内。车底与各个车客室与司机室之间的地板必须要使用防火性强的复合材料，采取水平隔火板的形式。在安装过程中，若是管道、电线需要穿过复合材料隔板，必须要严格按照相关要求，采取防火封堵措施，最大程度降低管线穿插对隔板耐火性的影响。

依据EN45545-2中的相关规定，芳纶蜂窝复合材料结构的应用中，针对复合材料结构需要进行防火试验，以此确保复合材料防火性复合相关要求。就轨道列车而言，其中的核心复合材料对防火性的要求比较高，相关部门必须要重视复合材料防火试验工作。

4 结束语

综上所述，通过本文上述的分析阐述能够得知，轨道列车构建中复合材料的应用，不管是核心材料还是复合材料均需要开展防火试验。依据相关指标显示，复合材料只有更好的满足各类标准，才能够在轨道交通车辆的防火试验中开展，针对轨道列车上各个区域内的复合材料，必须要全面落实防火试验，强化复合材料整体防火性能，以此确保后期的使用安全。

[1]黎莉莉.浅析城市轨道车辆复合材料防火要求[J].技术与市场,2018,25(02):173-174.

[2]邬志华. 颗粒填充纤维增强复合材料动态力学性能及其夹芯结构抗撞击性能研究[D].国防科学技术大学,2016,27(03):287-290.

[3]丁叁叁,田爱琴,王建军,滕乐天.高速动车组碳纤维复合材料应用研究[J].电力机车与城轨车辆,2015,38(S1):1105-1108.

[4]张灵婕. 高速列车防火性能研究[D].西南交通大学,2014,10(14):289-293.

[5]王永刚,李东锋,刘森.城市轨道交通车辆轻量化司机室结构研究[J].铁道机车与动车,2013,20(11):5-7+15+3.