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CN106003920B - 一种高铁动车地板用的夹层复合材料 - Google Patents

一种高铁动车地板用的夹层复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁动车地板用的夹层复合材料，其特征在于所述的夹层复合材料上下面板为Glare层合板，由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板交替层压构成，具有突出的抗拉和抗压疲劳性能及较高的缺口断裂性能，可使结构减重25％‑30％，抗疲劳寿命提高10‑15倍；夹层为玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵，玻璃纤维在泡绵基体中均匀分布，起到增强三聚氰胺泡绵力学性能的作用，使其在具有降噪效果优异的基础上，同时能承受较大的力学载荷。夹层复合材料较目前高铁动车地板用的橡胶地板相比具有密度低、隔声性能好、传热系数低、弯曲强度高、抗拉强度高等优点，可以适用于高速动车组、地铁、有轨电车、轻轨、探伤车等轨道交通车辆地板。

Description

一种高铁动车地板用的夹层复合材料
技术领域
本发明专利涉及一种夹层复合材料，特别是涉及一种高铁动车地板用的夹层复合材料，可直接应用于高铁动车车厢内部或其它有环保要求的强噪声环境，尤其适用于高铁动车地板。
技术背景
随着中国“走出去”战略的引领，中国已开始进入高铁时代，高铁动车给人们带来快捷、安全、舒适的同时，也给人们带来了环境污染噪声和振动等危害，随着客车车内噪音限值标准的逐步改进，噪声问题日益重要，车内噪声不仅是客车出厂的强制检验要求，也是出口车满足国外认证的强制性要求项目之一，可以说，控制车内噪声不仅是对乘客的保护，更是客车制造水平的重要体现，如何控制车内的噪音，提高地板材料的强度是我们目前研究的首要问题。
“十一五”期间我国高速铁路建设在国家的大力支持下实现了跨越式发展，随着京沪高铁的开通目前我国高速铁路运营里程已位居世界第一，其中京津城际高速铁路列车运行速度已达到300km/h，京沪高速铁路的设计时速达到350km/h。随着列车的提速，噪声与振动问题显得愈加突出，噪声与振动的污染不仅严重影响车内的安静性、乘员的舒适性和高铁沿线区域居民的生活环境，而且也导致了列车的主要机械设备工作时磨损疲劳甚至失效，降低设备使用寿命的同时也威胁着高速列车的安全运行，已成为制约高速铁路技术发展的关键因素。
高速列车车内噪声环境是决定乘客舒适度的重要因素之一，为了解高速列车车内噪声的特点，研究人员曾对国内研制的高速列车四节型号不同车厢运行时内部噪声特性进行试验研究，噪声测量数据表明：当运行速度在160km/h以上时，其车厢内部的噪声值大都超过容许值65dB；当车速达到200km/h时，噪声最大值高达80.8dB，远远超过了国家标准规定的容许值。车厢内部噪声试验研究结果还表明：车内低频噪声突出，噪声大小和频谱特性随空间位置分布不均匀、列车运行速度是影响车内噪声的主要因素。以上的测试结果表明高速列车的噪声问题已经十分突出，迫切需要进一步采取相应地减振降噪措施来降低列车车厢内部噪声。
申请号为200920309806.3的中国实用新型专利公开了一种铁路车辆隔音地板，该地板自上至下依次包括实木地板层、胶合板层及金属板层，在所述胶合板层的中间设有一层隔音材的夹层，该隔音地板结构简单，安装方便，其下部的金属板层及内部隔音材具有良好的隔音效果，隔音材对车下噪音产生有效的反射的同时，还兼顾阻尼作用，通过自身的震动消耗声波能量，确保地板整体结构的隔音减振阻尼效果，保证内部舒适度。另外实木地板的使用也使铁路车辆车厢内部格调耳目一新，大大提高了车辆豪华、高档、舒适、美观的性能，满足旅客对车厢环境越来越高的要求。其缺点是实木地板的承载能力和抗冲击性能较差，随着高铁的不断提速，不能长时间承受高负荷，限制其进一步的应用。
申请号为200810249837.4的中国发明专利公开了一种具有隔音降噪功能的客车地板，所述地板包括以下几层，由上到下依次为：地板革层、阻尼胶板层、夹胶木板层、多层复合消音棉层、钢板层、自结皮橡塑海绵层，夹胶木板层与多层复合消音棉层之间还设有空腔，多层复合消音棉层包括三层，由上到下依次为：多孔海绵吸音层、高密度橡塑海绵隔声层、自粘阻尼隔音层。该发明的优点是采用密封、吸音、隔音、减振四方面实现隔音降噪功能，可有效地降低车内的噪音，使车厢内的环境变得更加舒适。其缺点是该多层结构较为复杂，不易于生产应用，另外该结构中只有钢板层能够承重，大大影响了材料的抗冲击性和承载能力，限制了其进一步的应用。
申请号为201110358991.7的中国发明专利公开了一种用于高速列车的多功能分层复合材料，所述的复合材料至少包括一层多孔保温材料层和一层硬质阻尼隔声材料层的两层复合结构，且多孔保温材料层与硬质阻尼隔声材料层交错层叠，在不占有车厢内更多使用空间的前提下具备良好的吸声、隔声和减振性能。本发明的优点是综合利用多孔吸声保温材料和硬质阻尼材料性能的优势，发展保温、吸隔声、减振一体化多功能复合材料技术进行列车内部噪声控制，对降低高速列车车厢内部的噪声水平以及提高乘客的舒适度有着重要的意义。其缺点是实施例中硬质阻尼隔声材料一般为硬质橡胶隔声材料，与多孔保温材料复合使用时，其强度较低，不能承受一定的力学载荷作用，表面容易损坏，破坏其多层结构，限制其应用。
如上述三个专利，为了提高高铁动车地板材料的强度和隔音效果，采取了多层复合结构，但是均存在一定的结构缺陷，不能承受较大的载荷，因此，开发新型的高铁动车地板用多层复合材料成为高铁进一步得到推广应用的关键所在。
发明内容
本发明专利的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种隔音效果更好、整体厚度更薄、抗压性能更好的高铁动车地板用的夹层复合材料。
为实现本发明专利的目的所采用的技术方案是：一种高铁动车地板用的夹层复合材料，其特征在于所述的夹层复合材料由上中下三层结构组成，上下面板为Glare层合板，由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板构成，超细玻璃纤维的直径为1微米-2微米，长度为5毫米-30毫米，单层纤维的厚度为2微米-6微米，超细玻璃纤维导热系数为0.02W/m·K-0.04W/m·K，铝合金薄板的厚度为0.2毫米-0.4毫米，铝合金薄板与超细玻璃纤维预浸料交替层压而成，制备出的Glare层合板厚度为1毫米-1.5毫米，具有突出的抗拉和抗压疲劳性能及较高的缺口断裂性能，可使结构减重25％-30％，抗疲劳寿命提高10-15倍。
夹层为超细玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵，三聚氰胺泡绵的厚度为10毫米-12毫米，密度为5kg/m3-6kg/m3，隔声量为30dB-35dB，超细玻璃纤维的质量百分比为20％-40％，在泡绵基体中均匀分布，起到增强三聚氰胺泡绵力学性能的作用，使其在具有降噪效果优异、密度低的基础上，同时能承受较大的力学载荷。
本发明的有益效果是：①夹层复合材料是由铝合金薄板-超细玻璃纤维交替层压的Glare层合板和超细玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵构成，具有轻质高强、防火阻燃、低烟低毒、隔音降噪好、导热系数低、抗压性能好等优点，可以提高乘坐的舒适性及安全性；②夹层复合材料的上下面板是由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板通过交替层压构成，不仅降低了材料的密度，还增加了表面处理的刚性，使其具有优异的抗压抗拉性能，能够承受较大的载荷而不会变形，与硬质阻尼隔声材料相比，力学性能更加突出；③夹层复合材料较目前高铁动车地板用的橡胶地板相比具有密度低(≤300kg/m3)、隔声性能好(≥29dB)、传热系数低(＜6W/(m2·K))、弯曲强度高(≥40MPa)、抗拉强度高(≥4Mpa)、剥离强度好(≥40N·cm/cm)等优点，可以适用于高速动车组、地铁、有轨电车、轻轨、探伤车等轨道交通车辆地板。
附图说明
图1是一种高铁动车用的夹层复合材料结构示意图。
图中10为Glare层合板，20为铝合金薄板，30为超细玻璃纤维，40为三聚氰胺泡绵。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
参照图1，是一种高铁动车用的夹层复合材料结构示意图，10为Glare层合板，20为铝合金薄板，30为超细玻璃纤维，40为三聚氰胺泡绵，所述的夹层复合材料由上中下三层结构组成，上下面板为Glare层合板，由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板构成，超细玻璃纤维的直径为1微米，长度为5毫米，单层纤维的厚度为2微米，超细玻璃纤维导热系数为0.02W/m·K，铝合金薄板的厚度为0.2毫米，铝合金薄板与超细玻璃纤维预浸料交替层压而成，制备出的Glare层合板厚度为1毫米，具有突出的抗拉和抗压疲劳性能及较高的缺口断裂性能，可使结构减重30％，抗疲劳寿命提高15倍。
夹层为超细玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵，三聚氰胺泡绵的厚度为10毫米，密度为5kg/m3，隔声量为30dB，超细玻璃纤维的质量百分比为20％，在泡绵基体中均匀分布，起到增强三聚氰胺泡绵力学性能的作用，使其在具有降噪效果优异、密度低的基础上，同时能承受较大的力学载荷。
夹层复合材料的整体厚度为12毫米，较目前高铁动车地板用的橡胶地板相比具有密度低、隔声性能好、传热系数低、弯曲强度高、抗拉强度高等优点，可以适用于高速动车组、地铁、有轨电车、轻轨、探伤车等轨道交通车辆地板。
实施例2
参照图1，是一种高铁动车用的夹层复合材料结构示意图，10为Glare层合板，20为铝合金薄板，30为超细玻璃纤维，40为三聚氰胺泡绵，所述的夹层复合材料由上中下三层结构组成，上下面板为Glare层合板，由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板构成，超细玻璃纤维的直径为2微米，长度为30毫米，单层纤维的厚度为6微米，超细玻璃纤维导热系数为0.04W/m·K，铝合金薄板的厚度为0.4毫米，铝合金薄板与超细玻璃纤维预浸料交替层压而成，制备出的Glare层合板厚度为1.5毫米，具有突出的抗拉和抗压疲劳性能及较高的缺口断裂性能，可使结构减重25％，抗疲劳寿命提高10倍。
夹层为超细玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵，三聚氰胺泡绵的厚度为12毫米，密度为6kg/m3，隔声量为35dB，超细玻璃纤维的质量百分比为40％，在泡绵基体中均匀分布，起到增强三聚氰胺泡绵力学性能的作用，使其在具有降噪效果优异、密度低的基础上，同时能承受较大的力学载荷。
夹层复合材料的整体厚度为15毫米，较目前高铁动车地板用的橡胶地板相比具有密度低、隔声性能好、传热系数低、弯曲强度高、抗拉强度高等优点，可以适用于高速动车组、地铁、有轨电车、轻轨、探伤车等轨道交通车辆地板。
上述仅为本发明的二个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.一种高铁动车地板用的夹层复合材料，其特征在于所述的夹层复合材料由上中下三层结构组成，上下面板为Glare层合板，由超细玻璃纤维增强复合材料和高强度的铝合金薄板构成，超细玻璃纤维的直径为1微米-2微米，长度为5毫米-30毫米，单层纤维的厚度为2微米-6微米，铝合金薄板的厚度为0.2毫米-0.4毫米，Glare层合板的厚度为1毫米-1.5毫米；夹层为超细玻璃纤维增强的三聚氰胺泡绵，三聚氰胺泡绵的厚度为10毫米-12毫米，密度为5kg/m3-6kg/m3，超细玻璃纤维的质量百分比为20％-40％，在泡绵基体中均匀分布。
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