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        軌道車(chē)輛中的復(fù)合材料防火分析

        2018-12-25 08:08:06孟凡帥劉小霞賈煥英鄭延強(qiáng)河北唐山
        數(shù)碼世界 2018年4期
        關(guān)鍵詞:火焰復(fù)合材料軌道

        孟凡帥 劉小霞 賈煥英 鄭延強(qiáng) 河北唐山

        在軌道交通列車(chē)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(chē)的內(nèi)裝部件中。由于地鐵列車(chē)上使用的復(fù)合材料種類(lèi)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(lái)制定與材料選擇有關(guān)的規(guī)則

        1 軌道車(chē)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(lèi)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中EN45545-2HL3要求最為嚴(yán)格。為了減少車(chē)輛運(yùn)行時(shí)的風(fēng)災(zāi)危險(xiǎn)程度,要求鐵路車(chē)輛內(nèi)裝飾材最好達(dá)到EN45545 HL3類(lèi),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(chēng)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(guò)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(guò)對(duì)CO2、CO、HF、HCI、HCN、NO2、SO2、HBr這八種氣體來(lái)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(chē)輛中的復(fù)合材料分類(lèi)

        目前的防火材料主要包括三類(lèi):中心復(fù)合材料、復(fù)合材料、材料類(lèi)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(lèi)型的復(fù)合結(jié)構(gòu),在進(jìn)行復(fù)合材料裝車(chē)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(wú)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輛側(cè)壁、地板等,針對(duì)這類(lèi)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(lèi)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(kāi)展復(fù)合材料的內(nèi)部安裝時(shí),其安裝區(qū)域?yàn)檐?chē)內(nèi)的墻板、車(chē)窗下部分、車(chē)窗上部分、天花板等。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)顯示,車(chē)窗內(nèi)板、車(chē)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(chē)底與各個(gè)車(chē)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(guò)程中,若是管道、電線需要穿過(guò)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(chē)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(mén)必須要重視復(fù)合材料防火試驗(yàn)工作。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,通過(guò)本文上述的分析闡述能夠得知,軌道列車(chē)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(kāi)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(lèi)標(biāo)準(zhǔn),才能夠在軌道交通車(chē)輛的防火試驗(yàn)中開(kāi)展,針對(duì)軌道列車(chē)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。

        [1]黎莉莉.淺析城市軌道車(chē)輛復(fù)合材料防火要求[J].技術(shù)與市場(chǎng),2018,25(02):173-174.

        [2]鄔志華. 顆粒填充纖維增強(qiáng)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及其夾芯結(jié)構(gòu)抗撞擊性能研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2016,27(03):287-290.

        [3]丁叁叁,田愛(ài)琴,王建軍,滕樂(lè)天.高速動(dòng)車(chē)組碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用研究[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛,2015,38(S1):1105-1108.

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