新材料和新型粘合剂在高速列车中的应用

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引 言

     

在过去的半个世纪里，高速列车一直在迅速发展。在全世界55%（2050 年预计升至68%）的人口居住在城市的当今，2 个或多个城市之间原本遥远的旅途被一再缩短，商务和个人旅行因此而蓬勃发展。在中国，随着列车运行速度提升至最高 350 km/h，单程距离 2 300 km的航空运输正逐渐被高速铁路运输取代；而在欧洲，高速铁路则为旅客提供单程距离超过 1 000 km 的跨境运输服务。

传统的长途客运车辆笨重、旅行时间长，在时间被视为最有价值概念之一的如今已难以满足人们出行的需求。因此，许多地区的列车及其配套基础设施已经升级蜕变为高速铁路网络，人们对旅行的关注点也由距离转换为时间、效率和舒适度之间的平衡。

为在与其他交通方式的竞争中占据有利地位，高速铁路除在市中心设置车站外，还需要在列车设计中实现有效载荷、能效和舒适度的最优化；如建造双层车体或者每排安置5 个座位，开发具有空气动力学造型、差异化设计的整流罩和车身，规划设计更宽大的内部空间 和窗户，以及提供更安全和更佳的乘客体验。这些因素共同为乘客提供安全舒适的旅程，有利于运营商在激烈的市场竞争中赢得客户的青睐。作为实现这些目标的基础，材料科学和粘合剂技术推动着高速列车外部形态和内部组件的转变，为高速列车带来了更多先进的特性和功能，不断解决高速列车系统在速度、能源效率和稳定性方面诸多具有挑战性的难题，让制造商和运营商能够更加专注于开发新的设计以提高列车的乘坐舒适度、改善乘客体验。

 

02

新型聚合材料

与粘合剂

     

为提高铁路客运的吸引力，铁路运营商和高速列车制造商必须以乘客为中心，采用紧跟技术脚步的创新设计思路设计和定制其列车，满足乘客的需求和期望；例如，将静音车厢和餐吧车整合在一起，提供诸如互联网接入、隐私保护、与舒适度相关的环境温度和音量调节 等便捷服务。粘合剂粘合等先进组装方式的使用在这里发挥着关键的作用；其可实现灵活的定制设计并确保相关组件达到所需的性能。粘合剂和胶带可提供许多可靠的解决方案以满足舒适性、耐用性和安全性方面要求。

为此，3M 铁路专家研发出 3M 粘合剂和胶带解决方案，以帮助铁路工程师们进行先进高速列车的开发。这些先进的粘合剂和胶带产品组合可满足从外观部件的粘合和保护到内饰的组装和隔声隔热等多样化要求。其可能的应用领域示例如图1 所示。

 

2.1 高速列车专用丙烯酸粘合剂及泡沫胶带

当需要进行强韧、抗冲击、抗疲劳、灵活、多用途的快速粘合时，丙烯酸粘合剂和胶带是粘合多种材料的领先技术之一。

当2 列高速列车以 300 km/h 的速度交会行驶时，无论是在隧道内还是在明线上，所有部件都会因气压冲击而变形；此时，乘客的安全性和舒适度都会受到影响。为产生与气压抗衡的力，列车需要采用坚固耐用的装配设计。丙烯酸粘合剂和丙烯酸泡沫胶带在应力吸收和放散方面起着重要作用。新一代 3M 丙烯酸结构粘合剂（如 DP8407NS）在粘合嵌件、金属和复合材料部件时，可展现长期的抗应力循环能力；其增强配方具有出色的弹性和韧性。

3M ^TM   VHB 丙烯酸泡沫胶带和 3M ^TM Dual Lock ^TM   尼龙搭扣可用于制造耐用的内饰墙板、窗框盖和天花板组件； 与其他连接方法相比，其具有更好的美观性和减振性能，相关面板振动测量结果如图2 所示。 由图可知，与标准机械固定方法相比， 3M ^TM   Dual Lock ^TM  和 3M ^TM VHB 胶带的振动幅度显著降低。 在地板组件中， 3M ^TM   VHB 丙烯酸泡沫胶带用于将包括地毯在内的地板覆盖物粘合到地板上； 特别是在高运量地区，当运营商和制造商需要超过 10 年的耐用年限时，其可提供卓越的踩踏舒适度以及牢固的粘合力，而且可使损坏覆盖物的更换变得更加容易。 在地板下方， 3M ^TM VHB 丙烯酸泡沫胶带可用于将地板粘合到列车车体上； 其可确保粘合厚度和弹性的一致，以及粘合时无应力产生； 此外，其还可通过自粘高性能聚丙烯酸泡沫的缓冲作用来减少地板的振动。

对于诸如厕所组件、行李箱组件、隔板和餐饮设备等其他内饰组件，也可以使用 3M ^TM   VHB 丙烯酸泡沫胶带实现金属、复合材料、塑料和透明面板的粘合，以提供更安静、更有弹性和更为轻量化的装配方案。

 

2.2 高速列车专用环氧树脂粘合剂

高速列车的地板和车门由于持续振动、扭曲和弹跳而被施加了较大应力。环氧树脂粘合剂同时具有耐化学性、耐腐蚀性和耐潮性的特点。对抗机械和抗弯曲应力有要求的结构面板，如地板或门等进行粘合时，其为最强的粘合剂系列之一。3M环氧树脂粘合剂 SW7240B/A FR 已在铁路行业成功应用 20 多年，是一种高级增强环氧树脂粘合剂技术。这种增强的环氧树脂配方及其高模量的特性，就是为保证结构板常年高强度使用而设计，使得粘合的不同材料组件可在铁道车辆全寿命周期内经久耐用，相关案例如图3 所示。

在地板制造方面，2K 环氧树脂粘合剂已被证明是同类产品中最好的，可提供最高的抗弯性、更薄的板型设计和长久的耐用性。与胶合板相比，3M SW7240B/AFR 环氧树脂粘合蜂窝多层复合地板除质量显著降低之外，还具备耐久性更高、可回收和隔声减振等优势，如图4 所示。

列车的轻量化是在能源效率和运输能力之间取得最佳平衡的核心。虽然高速列车的研发对策侧重于相关设计，但是其轻量化目标的达成也与使用更轻的材料息息相关。这些材料与粘合它们的适当粘合剂共同发挥作用，就能在保持车辆结构完整坚固的同时，减轻列车的重量，使列车运输能力达到预期，并满足乘客舒适度需求和安全要求。3M 粘合剂产品组合提供了市场上最佳的解决方案，可在实现轻量化、安全性和耐用性目标的同时，针对特定的振动频率，为更轻的板型提供有效的振动阻尼效果。

 

03

结论

 

为达成减轻重量、增加空间和优化噪声/ 振动管理的效果，最大限度地为乘客提供更好的高速列车服务，高速铁路设计师和工程师可以从多种粘合剂技术中进行选择。这些技术比传统的连结紧固技术更具优势，有助于实现高速铁路发展过程中能源效率与乘客舒适度的提升。

 

参考文献:

[1] From aerodynamics to energy efficiency and interior comfort[J]. Railway Gazette International，2021（8）：16-17.

[2]新材料和新型粘合剂在高速列车中的应用[J].现代城市轨道交通，2022（3）：111-113.

来源：现代城市轨道交通