無(wú)機(jī)陶瓷涂料在地鐵車(chē)輛上的應(yīng)用

梁錦發(fā) 李 智 顧 軼

（1.深圳市地鐵集團(tuán)有限公司設(shè)備部，518026，深圳；2.深圳市規(guī)劃國(guó)土發(fā)展研究中心，518040，深圳；3.浙江路茂通交通科技有限公司，314200，平湖／／第一作者，工程師）

在地鐵的災(zāi)害中，火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)最多，危害最為嚴(yán)重。由于地鐵所具有的建筑與環(huán)境特點(diǎn)，在運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)若隧道、車(chē)站、列車(chē)等封閉環(huán)境發(fā)生火災(zāi)，高溫伴隨著有毒濃煙，加上被困在一個(gè)有限空間內(nèi)的恐怖感，往往使乘客驚慌失措、作業(yè)人員應(yīng)對(duì)出錯(cuò)，從而增加了疏散乘客、救人滅火的難度，往往會(huì)帶來(lái)群死群傷的嚴(yán)重后果。

2003年2月18日，韓國(guó)大邱地鐵因?yàn)槿藶榭v火引燃地鐵車(chē)廂，最終導(dǎo)致198人死亡、146人受傷、289人失蹤。事故調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，韓國(guó)許多城市中運(yùn)行或者預(yù)定運(yùn)行的地鐵車(chē)輛的內(nèi)裝材料及隔熱材料有一半以上是不良品。這些材料的耐火性能不良，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)引起火焰的轉(zhuǎn)移及產(chǎn)生有毒氣體.對(duì)人體造成損害，導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡。

1 軌道交通車(chē)輛內(nèi)飾材料概況

軌道交通車(chē)輛材料防火主要是指：車(chē)輛設(shè)計(jì)時(shí)考慮所有材料一旦失火，能控制其燃燒及蔓延，使對(duì)乘客產(chǎn)生的傷害和損失最小。一般來(lái)說(shuō)，普通軌道車(chē)輛的內(nèi)飾材料在燃燒會(huì)產(chǎn)生的物質(zhì)如表1所示。

過(guò)去軌道車(chē)輛內(nèi)飾材料的選用是為了滿足一般使用功能，只對(duì)其基本燃燒性規(guī)格進(jìn)行了驗(yàn)證。而近些年在世界發(fā)達(dá)國(guó)家的軌道交通車(chē)輛中，對(duì)車(chē)輛相關(guān)材料采用了更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，就火焰?zhèn)鞑ァ熋芏?、煙毒氣等方面進(jìn)行了要求。

2 歐洲軌道交通車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

2.1 法國(guó)軌道交通車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)

法國(guó)的防火標(biāo)準(zhǔn)是NF F16－101《關(guān)于鐵道車(chē)輛用防火材料的選擇》。該標(biāo)準(zhǔn)適用于各類(lèi)軌道交通車(chē)輛。其中將軌道交通車(chē)輛用材料分為18類(lèi)，每類(lèi)材料都需做3、4種試驗(yàn)，分別對(duì)材料燃燒后產(chǎn)生的煙、火、毒情況進(jìn)行檢測(cè)。該標(biāo)準(zhǔn)具有靈活的選擇性和較強(qiáng)的適用性。

2.2 德國(guó)軌道交通車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)

德國(guó)的鐵路車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)是DIN 5510。該標(biāo)準(zhǔn)包括的內(nèi)容有：鐵路車(chē)輛阻燃保護(hù)，阻燃保護(hù)等級(jí)，阻燃等級(jí)衡量及阻燃報(bào)告；材料和零部件的遇火性能和副作用及其分類(lèi)、要求和測(cè)試方法；軌道車(chē)輛防火阻燃設(shè)計(jì)安全要求；軌道車(chē)輛防火阻燃電氣設(shè)備安全要求；軌道車(chē)輛防火阻燃伴隨測(cè)試的包括緊急制動(dòng)、信息顯示系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警、消防設(shè)備等的技術(shù)安全要求。

表1 城市軌道交通車(chē)輛等內(nèi)飾材料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的物質(zhì)

2.3 英國(guó)軌道交通車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)

英國(guó)鐵路車(chē)輛防火標(biāo)準(zhǔn)是BS 6853《載客列車(chē)設(shè)計(jì)與建造防火通用規(guī)則》，適用于各類(lèi)軌道交通車(chē)輛。其制定目的是為了保證失火列車(chē)上或失火列車(chē)周?chē)丝偷陌踩?，重點(diǎn)考慮列車(chē)建造材料的防火性能，并對(duì)車(chē)用材料的選擇制定了具體要求。

2.4 其它

歐洲除了上述三國(guó)的防火標(biāo)準(zhǔn)外，還有意大利和歐盟的UIC標(biāo)準(zhǔn)。目前歐洲正在致力于軌道車(chē)輛用防火標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化工作，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)CEN TS 45 545已經(jīng)形成法規(guī)于2009年在歐洲國(guó)家開(kāi)始逐步推廣。該標(biāo)準(zhǔn)是一套系列標(biāo)準(zhǔn)，其中第二部分是軌道車(chē)輛的材料防火和試驗(yàn)要求。

3 無(wú)機(jī)陶瓷涂料

韓國(guó)大邱地鐵火災(zāi)的事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，正是由于地鐵車(chē)廂內(nèi)一些裝飾材料燃燒后產(chǎn)生的大量化學(xué)性窒息氣體，才導(dǎo)致重大人員傷亡。車(chē)輛材料在燃燒情況下產(chǎn)生的無(wú)氧、高熱的煙氣和毒氣，將直接危及乘客的生命安全。該危害表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是直接使乘客遭受的致命危害；二是由于煙濃度過(guò)高使得乘客被熏麻醉或受刺激或能見(jiàn)度降低，導(dǎo)致乘客喪失逃生能力的亞致命危害。

大邱災(zāi)難之后，韓國(guó)痛定思痛，政府正式下令檢查改造所有存在問(wèn)題的車(chē)輛，要求軌道交通車(chē)輛上必須使用滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的材料。2004年底，韓國(guó)建設(shè)交通部頒布《城市軌道車(chē)輛的安全規(guī)則改定令》，制定了關(guān)于軌道交通車(chē)輛安全的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。其中明確要求車(chē)輛上盡可能采用新材料，即使在火災(zāi)等情況下，新材料要具有抑制火焰?zhèn)鞑?、煙密度、煙毒氣擴(kuò)散的功能。作為內(nèi)飾材料，過(guò)去經(jīng)常使用的有機(jī)化合物已經(jīng)不能適用這種新的要求。在這種情況下，韓國(guó)地鐵車(chē)輛新材料中出現(xiàn)了一種新型的無(wú)機(jī)陶瓷材料，其獨(dú)特的防火性能引人關(guān)注。

3.1 無(wú)機(jī)陶瓷涂料的特性

無(wú)機(jī)陶瓷涂料是一種采用凝膠法工藝（原理見(jiàn)圖1）生產(chǎn)的純無(wú)機(jī)水溶性硅酸鹽涂料，原料中采用的是無(wú)機(jī)溶劑及無(wú)機(jī)顏料。

無(wú)機(jī)陶瓷涂料的主要特點(diǎn)是具有良好的防火性能、耐腐蝕性和超高的硬度。該涂料采用純無(wú)機(jī)材料，即使受到高溫，因其內(nèi)部不含有可燃成份，所以也不會(huì)燃燒。采用該涂料涂覆的鋁板經(jīng)過(guò)國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，防火等級(jí)達(dá)到A1級(jí)的最高標(biāo)準(zhǔn)，即為不燃。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，該涂料不會(huì)產(chǎn)生煙霧，阻燃效果非常顯著。此外，無(wú)機(jī)陶瓷涂料還具有以下一些特點(diǎn)。

圖1 凝膠法工藝原理圖

1）耐污染性：采用該涂料涂覆的鋁板涂膜擁有陶瓷所具有的拒水性和對(duì)各種化學(xué)溶劑的耐腐蝕性。

2）耐氣候性：采用該涂料涂覆的鋁板涂膜，因其所具有的Si－O離子鍵的鍵能高于紫外線的能量，使得紫外線對(duì)陶瓷涂膜幾乎無(wú)影響；其耐紫外線性能的優(yōu)越性使得烤瓷鋁板在顏色、光澤的維持率上比一般涂料優(yōu)越。

3）穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)：就象巖石或陶瓷器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化也不會(huì)產(chǎn)生變化一樣，陶瓷涂料涂層所具有的純無(wú)機(jī)樹(shù)脂及無(wú)機(jī)顏料形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)擁有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可以在紫外線、酸雨、風(fēng)、熱輻射等外部環(huán)境中保持建筑物的壽命。

4）環(huán)保性：無(wú)機(jī)陶瓷涂料以水為分散劑，不會(huì)造成像有機(jī)涂料在噴涂中揮發(fā)到空氣中而對(duì)空氣產(chǎn)生污染的現(xiàn)象。因此，與傳統(tǒng)的裝飾板相比，采用無(wú)機(jī)陶瓷涂料噴涂的鋁板是一種極具環(huán)保性的新型裝飾材料。表2是有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的特性比較。

表2 有機(jī)物與無(wú)機(jī)物的特性比較

3.2 無(wú)機(jī)陶瓷涂料的性能檢驗(yàn)

2004年，韓國(guó)軌道交通車(chē)輛中首先采用了無(wú)機(jī)陶瓷涂料技術(shù)，從原來(lái)的內(nèi)飾材料到更換純無(wú)機(jī)內(nèi)飾材料的試驗(yàn)對(duì)比中，可以定量地確認(rèn)各項(xiàng)目?jī)?nèi)飾材料的安全性有所提高。在各內(nèi)飾材料品目別的火災(zāi)特性比較的檢查結(jié)果中，無(wú)機(jī)陶瓷涂料的性能檢驗(yàn)結(jié)果為：①煙霧密度，具有特別有效的改善效果。②氧氣指數(shù)，改善效果顯著。③新材料為不燃級(jí)別，著火點(diǎn)臨界輻射熱（CFE）、燃燒持續(xù)熱（Qsb）等火焰?zhèn)鞑ヌ匦灾笜?biāo)中反應(yīng)出了較大的提高。

通過(guò)試驗(yàn)計(jì)算，新材料的車(chē)輛煙氣發(fā)生的量降低了96%以上，火災(zāi)安全性也能得到非常突出的提高。這種程度的改善標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了世界軌道交通車(chē)輛安全的領(lǐng)先水平。

4 無(wú)機(jī)陶瓷涂料在地鐵車(chē)輛上的應(yīng)用情況

從2004年起，無(wú)機(jī)陶瓷涂料的防火性能被軌道交通行業(yè)認(rèn)可，并在車(chē)輛及軌道交通車(chē)站建筑中廣泛采用。

韓國(guó)在地鐵車(chē)輛中率先采用無(wú)機(jī)陶瓷涂料。首先，在首爾、釜山等城市啟動(dòng)舊車(chē)改造工程，2004—2006年間，共完成2 958節(jié)車(chē)廂的改裝。與此同時(shí)，韓國(guó)政府要求新建車(chē)輛全部使用無(wú)機(jī)陶瓷涂料，僅2005年就制造出1 744節(jié)采用新涂料的車(chē)廂。

該涂料也逐漸被其它一些國(guó)家的軌道交通行業(yè)認(rèn)可。在加拿大RVA、伊朗動(dòng)車(chē)以及土耳其動(dòng)車(chē)上，均采用了無(wú)機(jī)陶瓷涂料技術(shù)。同時(shí)，日本東京千葉地區(qū)JR車(chē)站的改造工程中也大量使用該材料噴涂的裝飾板材。

我國(guó)于2006年起也開(kāi)始引進(jìn)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。在上海軌道交通4號(hào)線、9號(hào)線的部分車(chē)站裝飾材料中，先后使用了無(wú)機(jī)陶瓷涂料鋁板。深圳地鐵2號(hào)線列車(chē)的內(nèi)墻板采用了該涂料噴涂的鋁板整體成型技術(shù)（見(jiàn)圖2）。除了該技術(shù)的防火性能外，深圳地鐵2號(hào)線車(chē)輛在使用中還體現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）陶瓷涂料噴涂的表面比較細(xì)膩，顏色比較均勻，墻面的感覺(jué)比較平滑、美觀，提升了車(chē)廂內(nèi)裝的效果。

（2）陶瓷涂料噴涂的面板較容易清潔并且比較堅(jiān)硬，運(yùn)行8個(gè)多月沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何破損，表面給人歷久常新的感覺(jué)。

（3）由于陶瓷噴涂修補(bǔ)技術(shù)要求比較簡(jiǎn)單，也為車(chē)輛運(yùn)營(yíng)維護(hù)創(chuàng)造了良好的條件。

圖2 深圳地鐵2號(hào)線列車(chē)的內(nèi)墻板

［1］孫末囡.歐洲軌道車(chē)輛材料防火標(biāo)準(zhǔn)及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2010（4）：79.

［2］周廣海.低碳技術(shù)在深圳地鐵的應(yīng)用探索［J］.城市軌道交通研究，2010（7）：4.