輕量化新材料在城軌車輛內(nèi)裝中的應(yīng)用

何東++蔡謖

[摘 要]近年來，輕量化新材料在城軌車輛內(nèi)裝中的應(yīng)用問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從聚碳酸酯材料、NGC型鋁合金型材、碳纖維材料以及復(fù)合鋁板等多個(gè)角度與方面，就輕量化新材料在城軌車輛內(nèi)裝中的應(yīng)用問題展開了研究，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞]輕量化；新材料；城軌車輛；內(nèi)裝

中圖分類號(hào)：U465 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）13-0172-01

1 前言

作為城軌車輛內(nèi)裝中的一項(xiàng)重要方面，對(duì)輕量化新材料的應(yīng)用占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)輕量化新材料應(yīng)用的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化城軌車輛內(nèi)裝工作的最終整體效果。

2 聚碳酸酯材料的應(yīng)用

聚碳酸酯，即俗稱的PC材料，與傳統(tǒng)的玻璃相比，聚碳酸酯板材具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

2.1 輕量化優(yōu)勢(shì)

同等厚度面積的PC重量僅為玻璃的一半，減重效果明顯。

2.2 力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)

作為由有機(jī)大分子鏈結(jié)構(gòu)組成的PC材料，韌性和強(qiáng)度大大強(qiáng)于玻璃，主要體現(xiàn)在拉伸強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度等方面。在實(shí)際的使用過程中，PC不會(huì)發(fā)生自爆，且受外力沖擊不會(huì)崩碎，安全性更高。

2.3 隔熱性優(yōu)勢(shì)

PCk值較玻璃低10%左右，可以更好的隔絕冬天的熱量損失以及夏天的熱量傳入。冬天或夏天空調(diào)環(huán)境中觸碰感覺較玻璃來說，不會(huì)很涼。

2.4 隔聲性優(yōu)勢(shì)

阻隔分貝值較玻璃高10%左右，可以更好的隔絕噪音。

2.5 抗劃傷方面

經(jīng)過硬化涂敷的PC材料，可接近于玻璃的抗劃傷效果。

綜上所述：聚碳酸酯材料在具有玻璃一系列性能特征的同時(shí)，重量僅為玻璃的一半，在輕量化方面優(yōu)勢(shì)巨大。內(nèi)裝系統(tǒng)的車窗、屏風(fēng)、行李架均可以使用聚碳酸酯材料來代替現(xiàn)有的鋼化玻璃。

3 NGC型鋁合金型材的應(yīng)用

目前城市軌道交通車輛上的扶手，材質(zhì)多為不銹鋼，重量較大。NGC型鋁合金型材因其機(jī)械性能、防腐性能及成形焊接性能方面的特點(diǎn)，具備了替代不銹鋼作為扶手基材的可能，使用鋁合金扶手將比不銹鋼扶手減重50%以上。

NGC型合金、防銹鋁LF5合金、Us5083按《輕金屬材料和加工手冊(cè)》規(guī)定的快速腐蝕條件，用3%氯化鈉+1%過氧化氫（重量比）作腐蝕介質(zhì)，在25℃，全浸96小時(shí)，腐蝕速度對(duì)比：

為了提高鋁合金扶手的表面硬度和耐磨性，通常還需進(jìn)行硬質(zhì)陽極氧化處理，氧化膜厚度在20μm，硬度（HV）3500MPa以上的稱為硬質(zhì)氧化膜，表面處理工藝順序：機(jī)械拋光→拉絲→除油→清洗→化學(xué)拋光→水洗→中和→硬質(zhì)陽極氧化→水洗→封孔→烘干。硬質(zhì)陽極氧化膜受溶液組成、濃度、溫度、電流密度等多種條件的影響，而其中影響最大的是溫度。溶液溫度越低，氧化膜的硬度就越高。

隨著軌道交通車輛的不斷創(chuàng)新發(fā)展，NGC型鋁合金扶手在車輛上的應(yīng)用必定會(huì)得到更加廣泛的推廣。

4 碳纖維材料的應(yīng)用

碳纖維是一種纖維狀碳材料。它是一種強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。

碳纖維不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維（GF）相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維（KF-49）相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機(jī)溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。

碳纖維密度不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3000MPa以上，是鋼的7～8倍，抗拉彈性模量為23000～43000MPa亦高于鋼。因此碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比鋼高。材料的比強(qiáng)度愈高，則構(gòu)件自重愈小，比模量愈高，則構(gòu)件的剛度愈大，從這個(gè)意義上已預(yù)示了碳纖維在工程機(jī)械的廣闊應(yīng)用前景。

目前城市軌道車輛上的司機(jī)室面罩所使用材料為玻璃纖維增強(qiáng)的熱固塑料，該結(jié)構(gòu)密度低，強(qiáng)度好，城軌車輛的面罩一般在250kg～320kg左右。為達(dá)到更輕量化的目的，可以采用碳纖維增強(qiáng)的熱固塑料，碳纖維相比玻璃纖維而言密度更小，性能更加卓越。

碳纖維的密度約為鋼的1/5，玻璃纖維的2/3，抗拉強(qiáng)度卻能達(dá)到鋼的7-8倍左右，玻璃纖維的2倍以上。

使用碳纖維替代玻璃纖維去制作地鐵車輛的司機(jī)室面罩，在保證面罩相關(guān)性能要求的前提下，輕量化方面優(yōu)勢(shì)明顯。隨著軌道交通的不斷發(fā)展，碳纖維在車輛內(nèi)裝件上的應(yīng)用必將愈發(fā)廣泛。

5 復(fù)合鋁板的應(yīng)用

復(fù)合鋁板，又稱鋁塑復(fù)合板，是由多層材料復(fù)合而成，上下層為經(jīng)過化學(xué)處理的涂裝鋁板，中間層為無毒低密度聚乙烯（PE）芯板，在專用鋁塑板生產(chǎn)設(shè)備上加工而成的復(fù)合材料。

復(fù)合鋁板具有如下所述的性能特點(diǎn)：

5.1 剝離強(qiáng)度高

鋁塑復(fù)合板最關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)-剝離強(qiáng)度，因特殊的復(fù)合工藝被提高到了極佳狀態(tài)，使鋁塑復(fù)合板的平整度、耐候性方面的性能都相應(yīng)提高。

5.2 防火性能卓越

鋁塑板中間是阻燃的物質(zhì)PE塑料芯材，兩面是極難燃燒的鋁板層，因此具有良好的防火性能。

5.3 耐沖擊性

耐沖擊性強(qiáng)、韌性高、彎曲不損面漆。

5.4 易保養(yǎng)

自清潔性好，只需用中性的清洗劑和清水即可，清洗后板材永久如新。

5.5 材質(zhì)輕

鋁蜂窩板每平方米的重量在11kg左右，復(fù)合鋁板每平方米的重量僅在3.5kg～5.5kg左右，輕量化優(yōu)勢(shì)明顯。

城市軌道車輛的內(nèi)裝墻板基材通常有復(fù)合鋁板、鋁蜂窩板、玻璃鋼等，其中復(fù)合鋁板在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防火環(huán)保的前提下具有明顯的輕量化優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)束語

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)輕量化新材料在城軌車輛內(nèi)裝中應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的輕量化新材料應(yīng)用過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 張紅英，歐陽八生.汽車輕量化之有效途徑——高分子材料的應(yīng)用[J].模具技術(shù).2016（10）：60-62.

[2] 劉國芳，王智文.北美汽車輕量化材料技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].汽車工藝與材料.2017（01）：115-116.