軌道車輛中的復(fù)合材料防火分析

孟凡帥 劉小霞 賈煥英 鄭延強(qiáng) 河北唐山

在軌道交通列車建造中會(huì)使用很多的復(fù)合材料，比如：紡輪蜂窩三明治復(fù)合板。復(fù)合材料大多應(yīng)用在軌道交通列車的內(nèi)裝部件中。由于地鐵列車上使用的復(fù)合材料種類較多，因此對(duì)復(fù)合材料的防火性要求較高。EN45545-2就對(duì)復(fù)合材料的防火性能提出了相關(guān)規(guī)定, 其目的是根據(jù)材料燃燒性及有關(guān)對(duì)火的反應(yīng)，不透煙性和氣體散發(fā)出的毒性，來制定與材料選擇有關(guān)的規(guī)則

1 軌道車輛中的復(fù)合材料防火性能評(píng)價(jià)原則三

EN45545-2標(biāo)準(zhǔn)將風(fēng)險(xiǎn)劃分為EN45545-2 HL1，EN45545-2 HL2，EN45545-2 HL3,這三類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中EN45545-2HL3要求最為嚴(yán)格。為了減少車輛運(yùn)行時(shí)的風(fēng)災(zāi)危險(xiǎn)程度，要求鐵路車輛內(nèi)裝飾材最好達(dá)到EN45545 HL3類，不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的EN45545-2測(cè)試要求是完全不同的。內(nèi)飾材料R1危險(xiǎn)等級(jí)HL3的數(shù)據(jù)要求如下：CFE火焰延伸測(cè)試≥20；熱釋放量≤60；Ds(4)煙密度≤150；VOF(4)煙密度≤300；毒性測(cè)試≤0.75。

1.1 CFE火焰延伸測(cè)試

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對(duì)火的反應(yīng)—火焰?zhèn)鞑ァ?部分：直立布局中建筑產(chǎn)品側(cè)面火焰蔓延程度。

根據(jù)EN ISO 5658-2進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試方法由兩部分組成將樣品暴露在明確標(biāo)定輻射通量的區(qū)域內(nèi)，測(cè)量引燃時(shí)間，火焰蔓延程度和最終熄滅時(shí)間。試驗(yàn)樣品置于垂直位置，臨近輻射板，暴露在明確標(biāo)定輻射通量的區(qū)域內(nèi)。引燃火焰接近試驗(yàn)樣品，但不接觸試驗(yàn)樣品，樣品受熱端被表面上的蒸發(fā)氣體所點(diǎn)燃。點(diǎn)燃之后，記錄火焰前鋒的發(fā)展，并記錄火焰前鋒于水平方向上在樣品表面燃燒到達(dá)各標(biāo)定距離所經(jīng)歷的時(shí)間。

此法采用的點(diǎn)燃源為輻射板及丙烷噴燈，輻射板尺寸為450mm×300mm，輻射強(qiáng)度可達(dá)約62kw/m2，表面溫度可達(dá)約750℃。丙烷噴燈火焰長(zhǎng)80mm，在距與輻射板最近的試件邊緣20mm處施加于試樣。輻射板施于試件的熱流量，沿試件長(zhǎng)邊呈梯度下降，起始處為50kw/m2，末端處為1.5kw/m2。試驗(yàn)中測(cè)定不同時(shí)間火焰?zhèn)鞑サ木嚯x，并計(jì)算出維持燃燒所需平均熱量（火焰前沿處的公稱熱流量×火焰到處該處時(shí)間，單位為MJ/M2）和材料自熄所需臨界熱流量（kw/m2）。

橫向火焰蔓延測(cè)試是樣品垂直放置在一個(gè)矩形輻射面板上并且額外的氣體火焰燃燒器。根據(jù)CFE值進(jìn)行評(píng)估，CFE值（臨界熱輻射量值，用kW/m2表示）。CFE值是樣品表面火焰停止傳播并熄滅的位置所對(duì)應(yīng)的輻射熱量值，CFE值是通過測(cè)試最大火焰蔓延（mm），與此相應(yīng)的輻射熱值的曲線。這個(gè)測(cè)試在一個(gè)不燃的校正板上進(jìn)行。

1.2 毒性分析與測(cè)試

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

EN ISO 5659-2:單室光密度測(cè)試產(chǎn)煙的方法。歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN45545-2引用此ENISO 5659-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行煙霧及毒性測(cè)試。

EN ISO 5659-2測(cè)試前預(yù)處理:進(jìn)行測(cè)試前須調(diào)節(jié)試樣，直至當(dāng)溫度為(23±2)℃、相對(duì)濕度為(50±5)%時(shí)，試樣質(zhì)量均衡。

EN ISO 5659-2測(cè)試方法 :樣品暴露在25或（50）KW/m2輻射熱源條件下進(jìn)行測(cè)試。通過對(duì)CO2、CO、HF、HCI、HCN、NO2、SO2、HBr這八種氣體來分析毒性。測(cè)試時(shí)間為10分鐘，記錄第4分鐘及第8分鐘的最大的煙密度及各個(gè)氣體含量。

2 軌道車輛中的復(fù)合材料分類

目前的防火材料主要包括三類：中心復(fù)合材料、復(fù)合材料、材料類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，幾種不同的復(fù)合材料防火性定義主要如下：

（1）復(fù)合材料，在其應(yīng)用中為多種材料，材料的層次較多。

（2）中心復(fù)合材料，中心復(fù)合材料指的是，將核心材料與材料的覆蓋層緊密融合在一起，中心復(fù)合材料的總密度較低，同較厚的核心材料相比較，較薄的覆蓋層屬于中心復(fù)合材料的構(gòu)成主體。

（3）材料類型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行復(fù)合材料裝車時(shí)，需要確保平面能夠與平面相互融合，比如，可以采取焊接、夾住、粘粘等方式，也可以使用無縫連接，將拼成的距離控制在20mm內(nèi)的材料組合結(jié)構(gòu)。

依據(jù)防火要求的規(guī)定，在復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用中，除了需要進(jìn)行核心層防火試驗(yàn)等，還必須要實(shí)驗(yàn)裝車材料平面與平面之間的結(jié)合，并強(qiáng)化復(fù)合材料的試驗(yàn)工作。

3 軌道車輛中的復(fù)合材料防火分析

復(fù)合材料由于其安裝位置不同，對(duì)其防火性性能的要求也各不相同，在EN45545-2規(guī)定中，其分析標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)材料的安裝為主，分析軌道運(yùn)行中，材料與乘客之間的接觸幾率，進(jìn)而是制定出不同的復(fù)合材料防火要求。在軌道列車運(yùn)行中，針對(duì)乘客接觸幾率較大的材料，其防火性要求也逐漸提升，針對(duì)乘客不容易接觸到的材料，對(duì)材料的防火性要求相對(duì)較低。

軌道內(nèi)的頂板、墻壁、車輛側(cè)壁、地板等，針對(duì)這類材料需要進(jìn)行防火處理，盡可能選取隔音好、隔音好的材料,如紡輪蜂窩復(fù)合板，將其裝在軌道交通內(nèi)，屬于一種較為新型的復(fù)合材料。這類復(fù)合材料可以達(dá)到HL3的防火等級(jí)。在進(jìn)行復(fù)合材料防火性分析時(shí)，需要先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，然后對(duì)組成材料逐一按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

簡(jiǎn)單而言，就是在開展復(fù)合材料的內(nèi)部安裝時(shí)，其安裝區(qū)域?yàn)檐噧?nèi)的墻板、車窗下部分、車窗上部分、天花板等。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)顯示，車窗內(nèi)板、車窗下部分的復(fù)合材料均需達(dá)到HL3標(biāo)準(zhǔn)的要求。在司機(jī)室、客室之間必須要設(shè)置防火隔板，采取間壁的形式，司機(jī)室間隔壁需要延伸到地板、外墻內(nèi)側(cè)、頂板內(nèi)側(cè)等區(qū)域內(nèi)。車底與各個(gè)車客室與司機(jī)室之間的地板必須要使用防火性強(qiáng)的復(fù)合材料，采取水平隔火板的形式。在安裝過程中，若是管道、電線需要穿過復(fù)合材料隔板，必須要嚴(yán)格按照相關(guān)要求，采取防火封堵措施，最大程度降低管線穿插對(duì)隔板耐火性的影響。

依據(jù)EN45545-2中的相關(guān)規(guī)定，芳綸蜂窩復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行防火試驗(yàn)，以此確保復(fù)合材料防火性復(fù)合相關(guān)要求。就軌道列車而言，其中的核心復(fù)合材料對(duì)防火性的要求比較高，相關(guān)部門必須要重視復(fù)合材料防火試驗(yàn)工作。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過本文上述的分析闡述能夠得知，軌道列車構(gòu)建中復(fù)合材料的應(yīng)用，不管是核心材料還是復(fù)合材料均需要開展防火試驗(yàn)。依據(jù)相關(guān)指標(biāo)顯示，復(fù)合材料只有更好的滿足各類標(biāo)準(zhǔn)，才能夠在軌道交通車輛的防火試驗(yàn)中開展，針對(duì)軌道列車上各個(gè)區(qū)域內(nèi)的復(fù)合材料，必須要全面落實(shí)防火試驗(yàn)，強(qiáng)化復(fù)合材料整體防火性能，以此確保后期的使用安全。

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