CN108859167A - 一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，包括顶板、侧顶板和墙板，所述顶板、侧顶板和墙板均包括复合片材层和高强度涂层，复合片材层包括蜂窝材料层和在蜂窝材料层外由内至外依次包裹覆盖的纤维材料层和聚氨酯材料层。与现有技术相比，本发明的技术方案利用具有高强度涂层的轻质复合板制备列车内饰件，将多种片材合理结合，形成强度高、轻质、安全环保、低成本、高产出的列车内饰件。
Description
技术领域
本申请的技术方案属于轨道列车配件技术领域，具体涉及一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件。
背景技术
轨道交通是指具有固定线路、铺设固定轨道、配备运输车辆及服务设施等的公共交通设施，常见为高铁列车、地铁列车、轻轨列车、云轨列车和传统火车等。在我国以最具代表性的高铁列车为例，近几年的技术、规模均已达到世界一流水平，高铁提速目标逐年更新，所以对于列车的各部件轻量化实施也是如火如荼进行。因为轻量化不仅可以减少车辆高速运行时的冲击载荷、提高乘坐舒适度，同时在降低动力能耗成本、减轻轨道载荷、降低线路建设及维护成本方面也有显著的作用。目前列车内饰中的地板、侧墙、窗框、天花板、侧顶板等非结构件均采用玻璃钢制品，玻璃钢具有轻质、高强、阻燃、易成型、易清洁等优点，使其迅速推广开来，玻璃钢材料对高铁的发展起到了非常重要的作用。
尽管玻璃钢有诸多优点，但在大量应用过程中，人们发现在大尺寸简单型面的侧顶板、侧墙、地板上，玻璃钢有以下几个缺点：(1)挥发性有机物含量高，由于玻璃钢材料在生产过程中会添加含醛、含苯的物质，生产出来的制品会持续挥发有害气体，所以当前应用于列车内饰的主要材料中，玻璃钢材料是挥发性有机化合物(VOC)管控中被重点被关注的对象；(2)依然存在较大降重空间，玻璃钢和钢板的密度比例为1：4.3，因工艺条件要求的约束，其两者材料所对应设计的制品厚度比例约为4.3：1，得到的制品重量比例刚好是接近1：1，也就是说为了轻量化列车零部件而采用了玻璃钢复合材料替代钢材，最后并没有得到一个真实受益的轻量化方案，其降重空间仍较大；(3)性能过剩，以大面积零件的侧顶板和侧墙为例，由于玻璃钢生产工艺的局限性，其厚度一般不能小于3mm，而以顶板、侧顶板和墙板等内饰件相对较低的强度要求来说，本不需要这个厚度，所以多出来的厚度就是多出来的重量。
通过以上分析，玻璃钢不是最好的材料，急需采用更轻、更环保的材料代替玻璃钢制备列车内饰件。
发明内容
本发明的目的是提供一种质量轻、强度高、成本低、安全环保的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件。
本发明为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：
一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，包括顶板、侧顶板和墙板，所述顶板、侧顶板和墙板均包括复合片材层和高强度涂层，复合片材层包括蜂窝材料层和在蜂窝材料层外由内至外依次包裹覆盖的纤维材料层和聚氨酯材料层。
本技术方案所用的复合片材层最内层的蜂窝材料层结构可以增加板材的支撑强度，也可满足列车内饰件对轻质化的要求；在蜂窝材料层的外层包裹的纤维材料层能够提升内部蜂窝材料层的抗冲击能力，不易断裂；通过工艺制作将聚氨酯材料层发泡使纤维材料层和蜂窝材料层粘连，实现板材的整体成型，大大简化了复合板材的制作工艺步骤；在复合片材层最外的高强度涂层可以实现在复合片材层的强度加固，具备高强度抗冲击，同时具有防水和耐腐蚀的效果。
为了实现侧顶板与顶板及两侧墙体的连接、侧顶板与车厢壳体的固定以及纵向相邻两侧顶板端部的连接固定，在侧顶板的一侧边开有定位孔和固定槽，另一侧边开有调整垫片孔和长条状的螺母安装台，两端均开有边条槽。定位孔用于侧顶板安装时定位用；固定槽为安装螺栓过孔，将侧顶板固定于车身骨架上；螺母安装台用于安装螺母拧入，将侧顶板固定于车身骨架上；两端边条槽粘贴边条，用于遮蔽两块侧顶板之间的缝隙；调整垫片孔用于安装垫片以调节侧顶板装配关系。
蜂窝材料层为铝蜂窝层。铝蜂窝层的蜂窝材料窝芯都具备强大支撑作用，能够满足作为支撑主体的强度需求，同时铝蜂窝材料质量轻，实现整体的轻质化。
纤维材料层为玻纤布层。纤维材料层的主要作用是能够将其内部的窝芯包裹限定在一定的空间范围内，同时也实现了减轻内部所受冲击力的效果。蜂窝材料层与纤维材料层通过聚氨酯材料层的渗透、浸润、发泡、固化方式实现层叠固化成型。
聚氨酯材料层为聚氨酯发泡材料层。利用聚氨酯发泡材料层作为聚氨酯材料层的最大优势在于可以在制作工艺上采用发泡工艺进行一次定型，提高了生产效率、降低了制作成本。聚氨酯材料层通过喷涂方式实现覆盖。
高强度涂层为零发泡聚氨酯层，其厚度为0.5～2mm。高强度涂层为不发泡的聚氨酯层，其强度高，表面光滑美观，防护性好，抗冲击性能好，减少表面腐蚀。高强度涂层与聚氨酯材料层为化学反应融合粘连。
该具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件的制备步骤如下：
(1)将裁切合适的蜂窝材料层铺设于工作台后，在其表面包裹并装订同一尺寸的纤维材料层；
(2)将上步获得的覆盖了纤维材料层的产品置入喷涂机中，在纤维材料层表面均匀喷涂聚氨酯材料层，再送入模压模具的模腔中合模保压固化成型，固化成型过程的温度设置为90～130℃，保压压力为100～300T，保压时间为100～300s；
(3)对上步固化成型完成后开模，获得作为列车内饰件基板坯件的复合片材层，对基板坯件进行整型修边，得到轻质复合材料列车内饰件的基板成品；
(4)对上步完成整型修边的基板成品放入注射模具下模中，将模具下模抽真空后吸附住基板成品，模具的上模、下模合模后上模表面与基板成品留有0.5～2mm空腔，空腔内注入高强度涂层材料，同时上模抽真空引导高强度涂层的聚氨酯充满空腔，后保压，模具温度设置为60～90℃，保压压力为100～200T，保压时间为180～900s；
(5)在上步保压时间完成后开模取件，飞边处理，孔位清理，喷漆，得到具有高硬度涂层的轻质复合材料的列车内饰件。
与现有技术相比，本发明的技术方案利用具有高强度涂层的轻质复合板制备列车内饰件，将多种片材合理结合，形成强度高、轻质、安全环保、低成本、高产出的列车内饰件。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为具有高强度涂层的轻质复合材料的结构示意图；
图3为侧顶板的结构示意图。
图中，1、顶板；2、侧顶板；21、定位孔；22、固定槽；23、调整垫片孔；24、螺母安装台；25、边条槽；3、墙板；4、复合片材层；5、高强度涂层；6、蜂窝材料层；7、纤维材料层；8、聚氨酯材料层。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，包括顶板1、侧顶板2和墙板3，顶板1固定在列车内墙的天花板位置，侧顶板2固定在顶板2两侧，两侧顶板2的另一侧边分别与两侧的墙板3固定。顶板1、侧顶板2和墙板3均包括复合片材层4和高强度涂层5，高强度涂层5涂覆在复合片材层4的外侧表面，复合片材层4包括蜂窝材料层6和在蜂窝材料层6外由内至外依次包裹覆盖的纤维材料层7和聚氨酯材料层8。
如图3所示，侧顶板2的一侧边开有定位孔21和固定槽22，另一侧边开有调整垫片孔23和长条状的螺母安装台24，两端均开有边条槽25。定位孔21用于侧顶板安装时定位用；固定槽22为安装螺栓过孔，将侧顶板2固定于车身骨架上；螺母安装台24用于安装螺母拧入，将侧顶板2固定于车身骨架上；两端边条槽25粘贴边条，用于遮蔽两块侧顶板2之间的缝隙；调整垫片孔23用于安装垫片以调节侧顶板装配关系。侧顶板2的两侧边分别与顶板1和墙板3搭接后通过螺栓、连接板等方式固定。
顶板1为板片状，多片顶板1连接后构成列车内饰件的天花板部分；在墙板3上开有与列车窗对应的窗口，多片墙板3连接后构成列车内饰件的竖向墙壁部分。利用多层结构的顶板1、侧顶板2和墙板3，将列车内饰件完整包裹，其整体质量降低，降低了列车运行成本，利于列车提速。
复合片材层4为多层复合结构，其中蜂窝材料层6为铝蜂窝层；纤维材料层7为玻纤布层；聚氨酯材料层8为聚氨酯发泡材料层；高强度涂层5为零发泡聚氨酯层，其厚度为0.5～2mm。高强度涂层5的零发泡聚氨酯通过设备料罐负压和水分隔离实现反应过程不发泡，其弯曲、拉伸、冲击强度均远比发泡聚氨酯高。聚氨酯材料层8通过喷涂方式实现覆盖。蜂窝材料层6与纤维材料层7通过聚氨酯材料层8的聚氨酯材料的发泡、渗透、浸润、固化方式实现层叠固化成型。高强度涂层5与聚氨酯材料层8通过高强度涂层5聚氨酯材料的化学反应融合粘连，具体通过聚氨酯的聚合反应实现粘连。对于传统列车内饰件材料如金属或玻璃钢一般为等厚度，在其外形确定后，其产品内表面由于安装需要，可能出现安装位置比较远的情况，由此对应的螺母预埋的结构或其他连接结构需要伸出较长的连接部，增加了局部的材料用量，也相应增加了产品的重量。而本发明中复合材料层根据功能、装配及工艺特点，可制作不等厚产品，复合材料的中间为蜂窝材料，在产品材料整体规格确定后，其厚度对产品的重量影响很小。在性能方面，本发明可以根据零件的实际工况，对强度薄弱区域进行局部加厚，对装配干涉避空处可以减薄，使得产品设计具有较大的自由度。
该具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件的制备步骤如下：
(1)将裁切合适的蜂窝材料层铺设于工作台后，在其表面包裹并装订同一尺寸的纤维材料层；
(2)将上步获得的覆盖了纤维材料层的产品置入喷涂机中，在纤维材料层表面均匀喷涂聚氨酯材料层，再送入模压模具的模腔中合模保压固化成型，固化成型过程的温度设置为90～130℃，保压压力为100～300T，保压时间为100～300s；
(3)对上步固化成型完成后开模，获得作为列车内饰件基板坯件的复合片材层，对基板坯件进行整型修边，得到轻质复合材料列车内饰件的基板成品；
(4)对上步完成整型修边的基板成品放入注射模具下模中，将模具下模抽真空后吸附住基板成品，模具的上模、下模合模后上模表面与基板成品留有0.5～2mm空腔，空腔内注入高强度涂层材料，同时上模抽真空引导高强度涂层的聚氨酯充满空腔，后保压，模具温度设置为60～90℃，保压压力为100～200T，保压时间为180～900s；
(5)在上步保压时间完成后开模取件，飞边处理，孔位清理，喷漆，得到具有高硬度涂层的轻质复合材料的列车内饰件。
本发明的技术方案利用具有高强度涂层的轻质复合板制备列车内饰件，将多种片材合理结合，形成强度高、轻质、安全环保、低成本、高产出的列车内饰件。
本发明的技术方案的有益效果具体体现在：
1、对于同一侧顶板产品，选用玻璃钢材质方案的重量约9kg，而采用本技术方案的具有高硬度涂层的轻质复合板的重量约为3.8kg，减重比例约60％；
2、本技术方案的具有高硬度涂层的轻质复合板所测得挥发性有机物含量，结果远优于玻璃钢制品，如下表对比：
本发明中的具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，包括顶板(1)、侧顶板(2)和墙板(3)，所述顶板、侧顶板和墙板均包括复合片材层(4)和高强度涂层(5)，复合片材层包括蜂窝材料层(6)和在蜂窝材料层外由内至外依次包裹覆盖的纤维材料层(7)和聚氨酯材料层(8)。
2.根据权利要求1所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，所述侧顶板的一侧边开有定位孔(21)和固定槽(22)，另一侧边开有调整垫片孔(23)和长条状的螺母安装台(24)，两端均开有边条槽(25)。
3.根据权利要求1所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，蜂窝材料层为铝蜂窝层。
4.根据权利要求1所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，纤维材料层为玻纤布层。
5.根据权利要求1所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，聚氨酯材料层为聚氨酯发泡材料层。
6.根据权利要求1所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，高强度涂层为零发泡聚氨酯层，其厚度为0.5～2mm。
7.根据权利要求1、3或4所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，蜂窝材料层与纤维材料层通过聚氨酯材料的渗透、浸润、发泡、固化方式实现层叠固化成型。
8.根据权利要求1或5所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，聚氨酯材料层通过喷涂方式实现覆盖。
9.根据权利要求1或6所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，高强度涂层与聚氨酯材料层为化学反应融合粘连。
10.根据权利要求1-6任一所述的具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件，其特征在于，该具有高强度涂层的轻质复合材料列车内饰件的制备步骤如下：
(1)将裁切合适的蜂窝材料层铺设于工作台后，在其表面包裹并装订同一尺寸的纤维材料层；
(2)将上步获得的覆盖了纤维材料层的产品置入喷涂机中，在纤维材料层表面均匀喷涂聚氨酯材料层，再送入模压模具的模腔中合模保压固化成型，固化成型过程的温度设置为90～130℃，保压压力为100～300T，保压时间为100～300s；
(3)对上步固化成型完成后开模，获得作为列车内饰件基板坯件的复合片材层，对基板坯件进行整型修边，得到轻质复合材料列车内饰件的基板成品；
(4)对上步完成整型修边的基板成品放入注射模具下模中，将模具下模抽真空后吸附住基板成品，模具的上模、下模合模后上模表面与基板成品留有0.5～2mm空腔，空腔内注入高强度涂层材料，同时上模抽真空引导高强度涂层的聚氨酯充满空腔，后保压，模具温度设置为60～90℃，保压压力为100～200T，保压时间为180～900s；
(5)在上步保压时间完成后开模取件，飞边处理，孔位清理，喷漆，得到具有高硬度涂层的轻质复合材料的列车内饰件。
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