目前，列車是包括我國在內(nèi)諸多國家人們長途出行的最主要交通工具之一，而地鐵和輕軌是大型城市市內(nèi)交通的重點(diǎn)發(fā)展方向。軌道交通車輛所使用的材料呈現(xiàn)以下趨勢：鋼材料逐漸為鋁合金所取代，繼而，又為玻璃鋼/復(fù)合材料所取代。高速列車從車頭到車身的全流線型結(jié)構(gòu)的車體造型，特別適合玻璃鋼/復(fù)合材料設(shè)計(jì)自由度大、一次整體成型的技術(shù)特點(diǎn)；車廂內(nèi)飾美觀舒適以及輕量化要求，適合玻璃鋼/復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)、造型和裝飾效果好的特點(diǎn)。尤其適合SMC快速模壓成型、表面質(zhì)量佳的工藝特點(diǎn)。歐美、日本等國家已在軌道交通領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。例如，火車、高速列車以及城市輕軌、地鐵列車的車體、車廂、衛(wèi)生間等部件，很多是采用玻璃鋼/復(fù)合材料制成的。其中，英國XP64型客車、法國Mistra客車、日本京浜800型快車等均采用FRP復(fù)合材料整體模壓成型；采用玻璃鋼/復(fù)合材料制作的車廂墻板、頂板、地板、座椅、衛(wèi)生間、洗手間等內(nèi)飾部件，在德國、英國、法國、瑞士、澳大利亞、日本等國家的列車上，隨處可見，且大多為SMC模壓成型。
然而，傳統(tǒng)的玻璃鋼/復(fù)合材料的阻燃性問題是制約其在軌道交通領(lǐng)域推廣應(yīng)用的主要因素。1987年倫敦地鐵火災(zāi)和2003年韓國大邱地鐵火災(zāi)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，成了人們永遠(yuǎn)抹不去的痛苦回憶[4]。各個(gè)國家都制定了軌道交通領(lǐng)域使用材料極為嚴(yán)格的防火性能標(biāo)準(zhǔn)，如德國DIN5510、法國NFF16－101、英國的BS6853等，我國鐵道部也制定了相關(guān)的試行標(biāo)準(zhǔn)。要求所用材料難燃或不燃，且遇火后發(fā)煙量及其毒性盡量低，保證其安全使用和利于環(huán)保。
本文通過選擇不同類型的樹脂體系，采用無毒的添加型阻燃劑，成功開發(fā)出難燃、低煙、無毒、內(nèi)著色的A級表面SMC配方。這一配方的開發(fā)，將有利于消除玻璃鋼/復(fù)合材料在軌道交通車輛方面應(yīng)用的技術(shù)障礙，配合列車車輛向輕量化和安全性發(fā)展，促進(jìn)國家軌道車輛技術(shù)水平的提高，擴(kuò)大玻璃鋼/復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域。
2 實(shí) 驗(yàn)
2.1 原材料的選用
實(shí)驗(yàn)選用三種類型的不飽和聚酯樹脂分別為S2510、S2520、S2530，由DSM公司提供。PVAc體系的低輪廓添加劑分別為L3310型、L3320型和L3330型；固化體系為過氧化苯甲酰叔丁酯（簡稱為TBPB）；增強(qiáng)材料為E型玻璃纖維；各原材料的物理性能見表1所示。
表1 原材料物理性能
2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及測試方法
實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備有：攪拌機(jī)：東湖試驗(yàn)儀器廠；SMC機(jī)組：美國Finn＆Fram公司；150噸壓機(jī)：濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所；電子臺秤：長沙湘平科技發(fā)展有限公司；WD-5A型萬能試驗(yàn)機(jī)：廣州實(shí)驗(yàn)儀器廠；Charpy沖擊試驗(yàn)機(jī)：河北承德材料試驗(yàn)機(jī)廠。
測試方法：拉伸強(qiáng)度：按GB 1447-83執(zhí)行；彎曲強(qiáng)度：按GB 1449-83執(zhí)行；沖擊強(qiáng)度：按GB 1451-83執(zhí)行；氧指數(shù)：按GB8924-88執(zhí)行；煙密度：按ASTM E 84執(zhí)行。
2.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)以樹脂、低輪廓添加劑、阻燃劑類型為主要影響因素，按照樹脂∶低輪廓添加劑∶填料∶其它材料＝20∶14∶60∶6.0配制樹脂糊，制備SMC片材，在150±3℃條件下壓制測試試樣，以拉伸強(qiáng)度和氧指數(shù)為主要考核指標(biāo)，確定最佳的阻燃型SMC配方組分。具體正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表2。
表2 正交試驗(yàn)L0(34)因素水平表(注：其中阻燃劑LZ為磷系阻燃劑；FZ為磷-鹵系復(fù)合阻燃劑；TZ為無毒的添加型阻燃劑)
3 結(jié)果與分析
3.1 最佳配方的確定
表3是正交實(shí)驗(yàn)兩個(gè)考核指標(biāo)的極差分析表。對于極差分析來說，某列的極差最大，表示該列的數(shù)值在試驗(yàn)范圍內(nèi)變化時(shí)，使試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)值的變化最大，即該因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響最大。對于考核指標(biāo)拉伸強(qiáng)度來說，三個(gè)因素影響的主次順序依次是：樹脂類型＞低輪廓添加劑類型＞阻燃劑類型。說明不同的樹脂類型對配方強(qiáng)度的影響最大，是最主要的影響因素；低輪廓添加劑類型對拉伸強(qiáng)度也有一定的影響，是次要因素；而阻燃劑類型對拉伸強(qiáng)度幾乎沒有什么影響。由分析結(jié)果可見，對于拉伸強(qiáng)度來說，其最優(yōu)方案為A2B2C2；對于考核指標(biāo)氧指數(shù)來說，三個(gè)因素影響的主次順序依次是：阻燃劑類型＞低輪廓添加劑類型＞樹脂類型。所以對于考察指標(biāo)氧指數(shù)來說，最佳方案應(yīng)該為A3B3C3。
由此可見，對于兩個(gè)考核指標(biāo)分析出的最優(yōu)方案不同。結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮各因素各水平的影響，因素A對拉伸強(qiáng)度影響最大，而對氧指數(shù)影響較小，應(yīng)此，因素A的水平選擇A2；因素B對拉伸強(qiáng)度、氧指數(shù)的影響都不大，考慮其實(shí)際對強(qiáng)度的影響應(yīng)該更大一些，應(yīng)此因素B的水平選擇B2；對于因素C，對拉伸強(qiáng)度幾乎沒有影響，而對氧指數(shù)的影響非常顯著，應(yīng)此，因素C的水平應(yīng)該選擇C3；綜合考慮分析得出的最優(yōu)方案為A2B2C3，與5＃試驗(yàn)方案一致，即樹脂為S2520型樹脂，低輪廓添加劑為L3320，阻燃劑類型為添加型阻燃劑Tz。
表2 正交試驗(yàn)L9(34)因素水平表
3.2 最佳配方物理機(jī)械性能
綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，確定最優(yōu)方案為A2B2C3。據(jù)此制備SMC，在150±3℃條件下壓制實(shí)驗(yàn)平板并委托鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測其各項(xiàng)物理機(jī)械性能，結(jié)果見表4。
表4為最佳配方的物理機(jī)械性能測試結(jié)果表。由表可見，最佳配方的拉伸強(qiáng)度為70MPa，彎曲強(qiáng)度為175MPa，沖擊韌性為80.5KJ/m2，24小時(shí)吸水率為0.28％，巴氏硬度為47，均高于我國鐵道部標(biāo)準(zhǔn)要求。衡量材料阻燃性最主要的考核指標(biāo)氧指數(shù)達(dá)到45，說明該材料阻燃性非常優(yōu)異。煙密度僅為87mg/m3，說明由這一最佳配方生產(chǎn)的SMC不僅難燃，而且還具有低發(fā)煙量的特點(diǎn)。另外，由于所用的阻燃劑為非鹵素的添加型阻燃劑，因此該材料的燃燒時(shí)，放出的煙氣無毒。此外，片材還采用無毒性的無機(jī)顏料配制的色漿進(jìn)行內(nèi)著色，壓制的制品具有良好的表面狀態(tài)，可以達(dá)到A級表面的效果。由以上分析可見，該材料不僅難燃、低煙而且發(fā)出的煙氣無毒性，保證了其在使用過程中的安全性和環(huán)保性。同時(shí)，其各項(xiàng)物理機(jī)械性能均超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以作為交通軌道車輛內(nèi)飾件的首選材料。
表4 最佳配方物理機(jī)械性能測試結(jié)果及我國標(biāo)準(zhǔn)要求
4 結(jié) 論
（1）高阻燃型SMC配方的最佳方案為A2B2C3，即樹脂為S2520型樹脂，低輪廓添加劑為L3320，阻燃劑類型為添加型阻燃劑Tz。
（2）最佳方案的拉伸強(qiáng)度為70MPa，彎曲強(qiáng)度為175MPa，沖擊韌性為80.5KJ/m2，吸水率為0.28％，巴氏硬度為47，氧指數(shù)為45％，煙密度為87 mg/m3，均達(dá)到或高于我國鐵道部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
（3）該材料所用的阻燃劑為無毒性的添加劑，使得該材料燃燒時(shí)發(fā)出的煙氣無毒性，保證了其在使用過程中的安全性和環(huán)保性。
（4）該材料的各項(xiàng)力學(xué)性能及阻燃性能均達(dá)到我國鐵道部相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可以作為交通軌道車輛內(nèi)飾件的優(yōu)選材料。
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