玻璃钢材料在轨道交通车辆中的应用

玻璃钢材料在轨道交通车辆中的应用

何双慧 王希文 李斌

中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210031

摘要：随着科学技术的不断发展与进步，现在新型材料不断地涌现，并且有很多新型材料都在轨道交通车辆中有着广泛的应用，其中玻璃钢材料在目前轨道交通车辆中的使用就越来越广泛。本文主要研究了新型玻璃钢材料在轨道交通车辆中的应用。

关键词：玻璃钢材；轨道交通车辆；应用

利用新型的玻璃钢材料可以有效减轻轨道交通车辆的质量，有利于节省轨道交通车辆运营成本与维护费用，并且可以很好地满足机械强度以及应力的要求。此外还有良好的阻燃、隔声以及隔热的性能。因此我国相关企业正在积极研究玻璃钢材料在轨道交通车辆中更广泛的应用，这样可以取得良好的经济效益与社会效益。[1]。

新型玻璃钢材料的介绍

玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称为玻璃纤维增强塑料，或称为玻璃钢。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机械零件和汽车、船舶外壳等。

玻璃钢同一切复合材料一样，由两部分材料组成。一部分称为增强材料，在复合材料中起骨架作用；另一部分称为基体材料，在复合材料中起粘结作用。玻璃钢中的增强材料就是玻璃纤维。玻璃纤维是由熔融的玻璃拉成或吹成的无机纤维材料，其主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。制作成的纤维有长丝、短丝及絮状物，直径一般为3-80微米，最粗也只有头发丝那样粗细。直径为10微米的玻璃纤维，抗拉强度为3600兆帕，相当于在每平方毫米的截面积上能承受360千克的拉力而不断。这种强度比高强度钢还高出2倍。

在轨道交通车辆中使用新型玻璃钢材料的优势

玻璃钢产品的某些物理性能和机械性能已超过一些有色金属，达到了钢材的水平，其主要特点有：密度小，质量轻，比重只有普通钢材的四分之一。与传统的玻璃纤维价格相比，新型玻璃钢材料的碳纤维要高，不过碳纤维的密度更低，力学性能与机械性能更好，在轨道交通车辆的内部装饰中游很多使用玻璃钢材料的地方，如司机室的头罩、客室座椅、侧墙板、屏风等结构都可以利用玻璃钢材料制造。但是内部装饰使用的不完全是由玻璃纤维与树脂构成玻璃钢结构，而是在其中利用了夹层构造，这样做是为了达到一定的强度与刚度的设计要求。复合材料夹层结构从上到下由五部分组成，分别是玻璃钢、胶层、泡沫（铝蜂窝）、胶层、玻璃钢的结构。另外在玻璃钢面板表层相对于泡沫另一面的玻璃钢面板会多出一层厚度大约为1毫米的胶衣，这样是为了使其表面更加的光滑、美观，更加有利于涂漆操作等。

新型玻璃钢面板的增强材料可以采用纤维布、纤维毡以及预浸料等多种型式，由不同层合成，而且其力学特性与纤维铺放角度有关，会产生不同的效果。另外选取不同的树脂与填料时，它们在阻燃性、隔热性、隔声性以及油漆性能等方面也存在很大差异性。因此利用新型玻璃钢材料可以很大程度上提高轨道交通车辆部件的可设计性。[2]

三、新型玻璃钢材料在轨道交通车辆中的应用

新型玻璃钢材料可运用于内部装饰材料

新型玻璃钢材料应用于司机室操作台

司机室操作台主要由台面骨架与台下骨架等部分构成，为了方便司机进行操作，因此要具有很好的流线性，而操作台的空间比较小，且需要具有良好的电气绝缘特性，玻璃钢制品刚好有易于加工、后期修补方便、绝缘性能优越等特性，所以很适合应用于司机室操作台。

新型玻璃钢材料应用于客室座椅

用新型玻璃钢材料制造的座椅具有高强度、轻量化、耐老化、寿命长、免维护、抗刮耐磨的特性，常温下没有有害气体释放，高温燃烧时烟雾小，无毒性气体产生，有利于逃生。

新型玻璃钢材料应用于客室侧墙板

新型玻璃钢侧墙板厚度一般为4mm，玻璃钢侧墙背面周圈和窗口四周预埋胶条或铝梁组成整体模块，密闭性好，而且容易实现模块化安装，有利于调平整车墙面，使客室整体美观大方。玻璃钢侧墙板强度高，耐磨性好，不易产生刮蹭划痕，万一出现此类问题，则可以通过喷塑、喷漆等工艺手段轻松修复。

新型玻璃钢材料应用于客室屏风

造型复杂的屏风端板使用新型玻璃钢作为屏风端板主体的材质，重量轻、造型美观、耐磨性好。并且玻璃钢材质可塑性强，可以根据需求设计成不同的造型。目前国内的苏州三号线就主要利用了玻璃钢材料的屏风端板，从实际产品看，造型优美，符合设计需求。

新型玻璃钢材料应用于轨道交通车辆的司机室面罩

新型玻璃钢材料可塑性较好，可以根据车型及用户要求设计成不同的造型，制作过程中不受幅宽的限制，还可根据需要预埋木梁或者钢梁，以增加玻璃钢制品的强度。模压玻璃钢制品成型后，表面喷涂进口胶衣，再喷涂聚酯漆，以提高表面装饰效果。另外做成的玻璃钢司机室头罩在420℃高温情况下仍能保持结构不变形，一旦车辆在隧道内发生火灾，能为乘客逃生提供有利条件；而且玻璃钢司机室头罩设计厚度可小于3.2mm，能有效减轻车辆自重。

新型玻璃钢材料可运用于轨道交通车辆的转向架

转向架是轨道交通车辆中重要组成部分，传统材料的转向架重量约占整车重量的35%左右，因此利用新型的材料对转向架的重量进行优化设计，对整车的轻量化尤为重要。目前很多相关科研人员都在积极研究玻璃钢材料在转向架中的实际应用，而且进行了很多的试验测试，检验其耐疲劳性能与强度性能。经测试，利用玻璃钢材料成型的转向架构架，可以使其质量大约降低三分之一，具有良好实际应用的前景。

新型玻璃钢材料可运用于轨道交通车辆的受流器

目前轨道交通车辆主要利用受电弓受流与第三轨受流等方式。而牵引供电系统最重要的下级系统就是第三轨受流系统，这个系统将直接关系到轨道交通车辆供电系统的安全运行，因此，要求轨道交通车辆的接触轨支架具有相当高的绝缘特性，目前国内的广州地铁四号线就主要利用了玻璃钢材料的整体绝缘支架产品，从实际的运营来看，其效果良好。[3]

四、结束语

新型玻璃钢材料不仅能够替代传统材料，在某些方面的性能还远远超越了传统材料，特别是在阻燃、减重、降噪、环保等方面发挥不可替代的作用。因此，新型玻璃钢材料在轨道交通中具体应用已经成为了重要的研究课题。如果可以高效地利用新型玻璃钢材料，将会更加有利于我国的轨道交通车辆的发展。[4]

参考文献：

[1]田旭鹏.新材料在轨道交通车辆内饰中的应用[J].沿海企业与科技,2013(01) :31-33.

[2]王国锋.杨国纪.玻璃钢材料在轨道交通车辆中的应用[J].电力机车与城轨车辆,2013(05).

[3]肖燕芳.变频传动控制技术在城市轨道交通车辆中的应用[J].中国科技信息,2007(12).

[4]孙家乐.面向轨道交通运输装备的镁合金与铝合金性能及应用对比研究[D].大连交通大学,2012.