動(dòng)車內(nèi)飾側(cè)頂板三明治結(jié)構(gòu)輕量化研究

張 磊，莊海宇，侯偉健

（山東格瑞德集團(tuán)有限公司，德州 253000）

0 前言

近年來(lái)，鐵路機(jī)車車輛的輕量化越來(lái)越受到人們的重視。我國(guó)軌道交通正在研發(fā)下一代大載重貨運(yùn)列車、快捷貨運(yùn)列車、更快速度高速列車，將大量采用輕量化技術(shù)。有資料顯示，時(shí)速400 km高速列車相對(duì)原有高速列車減重3%～5%，達(dá)到能效降低10%以上［1］。

熱固性樹脂基復(fù)合材料在軌道交通領(lǐng)域被廣泛使用，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，在軌道交通車輛構(gòu)件的結(jié)構(gòu)/功能一體化以及減重方面具有突出優(yōu)勢(shì)，可依據(jù)實(shí)際情況替代部分金屬構(gòu)件［2］。

熱固性樹脂基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于軌道交通車輛的內(nèi)外飾結(jié)構(gòu)件，內(nèi)飾如墻板、頂板、立罩、橫罩及司機(jī)室內(nèi)裝飾，外飾如面罩、裙板、受電弓導(dǎo)流罩、空調(diào)導(dǎo)流罩等。通過(guò)引入不同的材料體系，可以在承載的同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻燃、隔熱、保溫、吸聲等功能［3］。三明治結(jié)構(gòu)動(dòng)車內(nèi)飾側(cè)頂板的蒙皮可選擇玻璃纖維/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，夾芯材料可選擇PET泡沫、酚醛泡沫、芳綸蜂窩等材料［4-7］。

1 研究?jī)?nèi)容與工藝流程

1.1 主要內(nèi)容

根據(jù)軌道交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，擬開發(fā)一種新型的輕量化軌道交通車輛內(nèi)飾產(chǎn)品。

1.1.1 原材料

夾芯材料：SQB210 酚醛泡沫板，濟(jì)南圣泉集團(tuán)股份有限公司。優(yōu)良的FST性能，防火阻燃低煙低毒；機(jī)械性能高、抵抗沖擊，不易產(chǎn)生變形；耐腐蝕性好，特別是耐酸、耐化學(xué)性好；優(yōu)異的隔音、隔熱性能。滿足TBT 3138-2006《機(jī)車車輛阻燃材料技術(shù)條件》， TB/T3139-2006《機(jī)車車輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)含量》。

蒙皮：BAC448 阻燃型玻璃纖維環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，浙江百合航太復(fù)合材料有限公司。低溫可固化，常溫操作期長(zhǎng)，無(wú)鹵阻燃，低煙低毒。滿足EN45545-R1-HL3阻燃等級(jí)，符合軌道交通內(nèi)飾TVOC 標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.2 原材料參數(shù)

表1 為原材料參數(shù)表，對(duì)單位面積三明治結(jié)構(gòu)側(cè)頂板的重量進(jìn)行理論計(jì)算，見(jiàn)式（1）：

表1 原材料參數(shù)

式中：

m——單位面積側(cè)頂板質(zhì)量，kg；

S1——單位面積產(chǎn)品中預(yù)浸料的使用面積，m2，取值4；

FAW——預(yù)浸料面密度，kg/m2；

RC——預(yù)浸料樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

h——酚醛泡沫板厚度，m，取值0.003；

S2——產(chǎn)品面積，m2，取值1；

ρ——酚醛泡沫板密度，kg/m3。

得單位面積三明治結(jié)構(gòu)側(cè)頂板的質(zhì)量為3.03 kg。

1.2 工藝流程

采用熱壓成型工藝開發(fā)三明治結(jié)構(gòu)動(dòng)車內(nèi)飾側(cè)頂板，工藝流程如圖1 所示。

圖1 側(cè)頂板工藝流程圖

2 研發(fā)試制部分

2.1 主要原料準(zhǔn)備

用預(yù)浸料裁剪專用裁切剪刀裁取4塊1860 mm×820 mm，3塊1860 mm×180 mm，2塊410 mm×180 mm預(yù)浸料。用壁紙刀裁切1806 mm×700 mm，3 塊1806 mm×30 mm酚醛泡沫。用雕刻機(jī)裁取翻邊用酚醛泡沫。

2.2 夾心泡沫預(yù)處理

酚醛發(fā)泡板材：在距離1800 mm×700 mm酚醛發(fā)泡板材長(zhǎng)邊一側(cè)200 mm處，對(duì)夾心泡沫以敷貼隨形的方式進(jìn)行裁切。如圖2 所示。

圖2 酚醛發(fā)泡板材裁切示意圖

2.3 側(cè)頂板的制備

2.3.1 模具準(zhǔn)備

清理模具，保持模具的光潔。將模具升溫至30℃，對(duì)模具擦拭3 遍脫模劑。

2.3.2 材料鋪貼

鋪設(shè)圖如圖3 所示，在下模鋪設(shè)2 層預(yù)浸料，然后放入酚醛泡沫，最后在泡沫上方鋪設(shè)2 層預(yù)浸料，排除氣泡。

圖3 夾層預(yù)浸料鋪設(shè)圖

2.3.3 保壓固化

采用熱壓成型工藝。模具溫度130～140℃，保壓時(shí)間2.5 h-3.5 h。

2.3.4 后處理

采用機(jī)加工對(duì)產(chǎn)品邊緣進(jìn)行修磨［8］，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行噴漆處理。產(chǎn)品最終尺寸：1806 mm×760 mm×4.2 mm，如圖4 所示。

圖4 側(cè)頂板等軸視圖

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)TBT 3138-2006《機(jī)車車輛阻燃材料技術(shù)條件》中3.1.3 纖維增強(qiáng)塑料類力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)試樣進(jìn)行彎曲、拉伸和沖擊力學(xué)性能測(cè)試。

依據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)TBT 3138-2006《機(jī)車車輛阻燃材料技術(shù)條件》對(duì)試樣進(jìn)行防火阻燃測(cè)試。

依據(jù)鐵路標(biāo)準(zhǔn)TBT 3139-2006《機(jī)車車輛內(nèi)裝材料及室內(nèi)空氣有害物質(zhì)限量》對(duì)試樣進(jìn)行有害物質(zhì)測(cè)試。

經(jīng)測(cè)試，三明治結(jié)構(gòu)側(cè)頂板制品的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 數(shù)據(jù)分析

側(cè)頂板4 種成型工藝制品的單位面積質(zhì)量表如表2 所示，數(shù)值均為實(shí)際生產(chǎn)測(cè)量平均值。制品的質(zhì)量均不含金屬連接件與油漆。

表2 側(cè)頂板不同成型工藝制品單位面積質(zhì)量

減重分析表如表3 所示，根據(jù)表3 對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，三明治結(jié)構(gòu)動(dòng)車內(nèi)飾側(cè)頂板相比手糊成型制品與SMC模壓成型制品減重達(dá)50%以上。其減重效果明顯優(yōu)于低密度SMC動(dòng)車內(nèi)飾側(cè)頂板。

表3 減重分析

4 結(jié)論

三明治結(jié)構(gòu)側(cè)頂板相比傳統(tǒng)手糊和SMC工藝側(cè)頂板可減重50%以上，具有突出的輕量化優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還具有尺寸精度高、阻燃級(jí)別高、保溫、隔熱、隔音、耐候性好等功能特性，符合軌道交通行業(yè)輕量化、降低能耗的發(fā)展趨勢(shì)。