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无机陶瓷涂料在地铁车辆上的应用
更新时间:2015/2/8 18:33:00

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梁锦发1李智2顾轶3

(1.深圳市地铁集团有限公司设备部,518026,深圳;2.深圳市规划国土发展研究中心,518040,深圳;3.浙江路茂通交通科技有限公司,314200,平湖//第一作者,工程师)

摘要:阐述了轨道交通车辆防火的概念,给出了欧洲一些国家关于轨道交通车辆的防火标准。无机陶瓷涂料具有良好的防火性能、耐腐蚀性和超高的硬度等特性。与有机涂料相比,它是一种具有环保性的新型装饰材料。介绍了无机陶瓷涂料在地铁车辆上的应用情况,并总结了该技术在应用中的特点。

关键词:无机陶瓷涂料;地铁车辆;防火

中图分类号:TQ635.2

在地铁的灾害中,火灾发生的次数最多,危害最为严重。由于地铁所具有的建筑与环境特点,在运营时间内若隧道、车站、列车等封闭环境发生火灾,高温伴随着有毒浓烟,加上被困在一个有限空间内的恐怖感,往往使乘客惊慌失措、作业人员应对出错,从而增加了疏散乘客、救人灭火的难度,往往会带来群死群伤的严重后果。

2003年2月18日,韩国大邱地铁因为人为纵火引燃地铁车厢,最终导致198人死亡、146人受伤、289人失踪。事故调查结果发现,韩国许多城市中运行或者预定运行的地铁车辆的内装材料及隔热材料有一半以上是不良品。这些材料的耐火性能不良,一旦发生火灾,会引起火焰的转移及产生有毒气体.对人体造成损害,导致严重的人员伤亡。

1 轨道交通车辆内饰材料概况

轨道交通车辆材料防火主要是指:车辆设计时考虑所有材料一旦失火,能控制其燃烧及蔓延,使对乘客产生的伤害和损失最小。一般来说,普通轨道车辆的内饰材料在燃烧会产生的物质如表1所示。

表1 城市轨道交通车辆等内饰材料在燃烧时产生的物质

表1 城市轨道交通车辆等内饰材料在燃烧时产生的物质

过去轨道车辆内饰材料的选用是为了满足一般使用功能,只对其基本燃烧性规格进行了验证。而近些年在世界发达国家的轨道交通车辆中,对车辆相关材料采用了更为严格的标准,就火焰传播、烟密度、烟毒气等方面进行了要求。

2 欧洲轨道交通车辆防火标准简介

2.1 法国轨道交通车辆防火标准

法国的防火标准是NFF16-101《关于铁道车辆用防火材料的选择》。该标准适用于各类轨道交通车辆。其中将轨道交通车辆用材料分为18类,每类材料都需做3、4种试验,分别对材料燃烧后产生的烟、火、毒情况进行检测。该标准具有灵活的选择性和较强的适用性。

2.2 德国轨道交通车辆防火标准

德国的铁路车辆防火标准是DIN5510。该标准包括的内容有:铁路车辆阻燃保护,阻燃保护等级,阻燃等级衡量及阻燃报告;材料和零部件的遇火性能和副作用及其分类、要求和测试方法;轨道车辆防火阻燃设计安全要求;轨道车辆防火阻燃电气设备安全要求;轨道车辆防火阻燃伴随测试的包括紧急制动、信息显示系统、火灾报警、消防设备等的技术安全要求。

2.3 英国轨道交通车辆防火标准

英国铁路车辆防火标准是BS6853《载客列车设计与建造防火通用规则》,适用于各类轨道交通车辆。其制定目的是为了保证失火列车上或失火列车周围乘客的安全性,重点考虑列车建造材料的防火性能,并对车用材料的选择制定了具体要求。

2.4 其它

欧洲除了上述三国的防火标准外,还有意大利和欧盟的UIC标准。目前欧洲正在致力于轨道车辆用防火标准统一化工作,相关标准CENTS45545已经形成法规于2009年在欧洲国家开始逐步推广。该标准是一套系列标准,其中第二部分是轨道车辆的材料防火和试验要求。

3 无机陶瓷涂料

韩国大邱地铁火灾的事后调查发现,正是由于地铁车厢内一些装饰材料燃烧后产生的大量化学性窒息气体,才导致重大人员伤亡。车辆材料在燃烧情况下产生的无氧、高热的烟气和毒气,将直接危及乘客的生命安全。该危害表现在两个方面:一是直接使乘客遭受的致命危害;二是由于烟浓度过高使得乘客被熏麻醉或受刺激或能见度降低,导致乘客丧失逃生能力的亚致命危害。

大邱灾难之后,韩国痛定思痛,政府正式下令检查改造所有存在问题的车辆,要求轨道交通车辆上必须使用满足更高标准的材料。2004年底,韩国建设交通部颁布《城市轨道车辆的安全规则改定令》,制定了关于轨道交通车辆安全的严格标准。其中明确要求车辆上尽可能采用新材料,即使在火灾等情况下,新材料要具有抑制火焰传播、烟密度、烟毒气扩散的功能。作为内饰材料,过去经常使用的有机化合物已经不能适用这种新的要求。在这种情况下,韩国地铁车辆新材料中出现了一种新型的无机陶瓷材料,其独特的防火性能引人关注。

3.1 无机陶瓷涂料的特性

无机陶瓷涂料是一种采用凝胶法工艺(原理见图1)生产的纯无机水溶性硅酸盐涂料,原料中采用的是无机溶剂及无机颜料。

图1 凝胶法工艺原理图

图1 凝胶法工艺原理图

无机陶瓷涂料的主要特点是具有良好的防火性能、耐腐蚀性和超高的硬度。该涂料采用纯无机材料,即使受到高温,因其内部不含有可燃成份,所以也不会燃烧。采用该涂料涂覆的铝板经过国家防火建筑材料质量监督检验中心的检测,防火等级达到A1级的最高标准,即为不燃。在火灾发生时,该涂料不会产生烟雾,阻燃效果非常显著。此外,无机陶瓷涂料还具有以下一些特点。

1)耐污染性:采用该涂料涂覆的铝板涂膜拥有陶瓷所具有的拒水性和对各种化学溶剂的耐腐蚀性。

2)耐气候性:采用该涂料涂覆的铝板涂膜,因其所具有的Si-O离子键的键能高于紫外线的能量,使得紫外线对陶瓷涂膜几乎无影响;其耐紫外线性能的优越性使得烤瓷铝板在颜色、光泽的维持率上比一般涂料优越。

3)稳定的结构:就象岩石或陶瓷器经过长时间的风化也不会产生变化一样,陶瓷涂料涂层所具有的纯无机树脂及无机颜料形成的三维网状结构拥有很强的结构稳定性,可以在紫外线、酸雨、风、热辐射等外部环境中保持建筑物的寿命。

4)环保性:无机陶瓷涂料以水为分散剂,不会造成像有机涂料在喷涂中挥发到空气中而对空气产生污染的现象。因此,与传统的装饰板相比,采用无机陶瓷涂料喷涂的铝板是一种极具环保性的新型装饰材料。表2是有机物与无机物的特性比较。

表2 有机物与无机物的特性比较

表2 有机物与无机物的特性比较

3.2 无机陶瓷涂料的性能检验

2004年,韩国轨道交通车辆中首先采用了无机陶瓷涂料技术,从原来的内饰材料到更换纯无机内饰材料的试验对比中,可以定量地确认各项目内饰材料的安全性有所提高。在各内饰材料品目别的火灾特性比较的检查结果中,无机陶瓷涂料的性能检验结果为:①烟雾密度,具有特别有效的改善效果。②氧气指数,改善效果显著。③新材料为不燃级别,着火点临界辐射热(CFE)、燃烧持续热(Qsb)等火焰传播特性指标中反应出了较大的提高。

通过试验计算,新材料的车辆烟气发生的量降低了96%以上,火灾安全性也能得到非常突出的提高。这种程度的改善标准,达到了世界轨道交通车辆安全的领先水平。

4 无机陶瓷涂料在地铁车辆上的应用情况

从2004年起,无机陶瓷涂料的防火性能被轨道交通行业认可,并在车辆及轨道交通车站建筑中广泛采用。

韩国在地铁车辆中率先采用无机陶瓷涂料。首先,在首尔、釜山等城市启动旧车改造工程,2004—2006年间,共完成2958节车厢的改装。与此同时,韩国政府要求新建车辆全部使用无机陶瓷涂料,仅2005年就制造出1744节采用新涂料的车厢。

该涂料也逐渐被其它一些国家的轨道交通行业认可。在加拿大RVA、伊朗动车以及土耳其动车上,均采用了无机陶瓷涂料技术。同时,日本东京千叶地区JR车站的改造工程中也大量使用该材料喷涂的装饰板材。

我国于2006年起也开始引进应用该项技术。在上海轨道交通4号线、9号线的部分车站装饰材料中,先后使用了无机陶瓷涂料铝板。深圳地铁2号线列车的内墙板采用了该涂料喷涂的铝板整体成型技术(见图2)。除了该技术的防火性能外,深圳地铁2号线车辆在使用中还体现出以下几个特点。

图2 深圳地铁2号线列车的内墙板

图2 深圳地铁2号线列车的内墙板

(1)陶瓷涂料喷涂的表面比较细腻,颜色比较均匀,墙面的感觉比较平滑、美观,提升了车厢内装的效果。

(2)陶瓷涂料喷涂的面板较容易清洁并且比较坚硬,运行8个多月没有发现任何破损,表面给人历久常新的感觉。

(3)由于陶瓷喷涂修补技术要求比较简单,也为车辆运营维护创造了良好的条件。

参考文献

[1]孙末囡.欧洲轨道车辆材料防火标准及其启示[J].城市轨道交通研究,2010(4):79.

[2]周广海.低碳技术在深圳地铁的应用探索[J].城市轨道交通研究,2010(7):4

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