книги из ГПНТБ / Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах

Берлингтон—Дамбертон (Канада). Интересно отметить, что вагоны длиной 25,9 м, с числом мест 94 благодаря широкому использованию полимерных материалов имеют вес тары около 29 пг [31].

В Японии в вагонах-ресторанах стулья с кожаными подушками изготовлены из стеклопластика. Они удобны и обладают высокой проч­ ностью [22]. В Англин Научно-исследовательским отделом по исполь­ зованию полимерных материалов на железнодорожном транспорте в Дерби был разработан процесс холодного прессования стеклопласти­ ка для изготовления каркасов кресел. В специально спроектирован­ ный пресс закладывался стекломат, который предварительно подпрес- -совывался. Затем подавалась полиэфирная смола, после чего произво­ дилось окончательное прессование. Изделие имело стенки толщиной

€мм [5].

Вдальнейшем каркасы кресел формовались из материала «пре-прег», представляющего собой полуфабрикат стеклопластика (пропитанный полиэфирной смолой стекловолокнистый наполнитель, легкодеформи­ руемый при нормальной температуре), который в процессе нагрева

под давлением сначала размягчается и становится пластичным, а затем в форме переходит в твердое, неплавкое состояние. При этом в прессформу предварительно укладывается листовой полиэтилен, который

Рис. 14. Элементы воздуховодов и трубопроводов сложной конфигу­ рации из стеклопластика

20

в процессе прессования, напрессовываясь на стеклопластик, создает декоративную облицовку изделия. Добавление же в состав смолы «пре-прега» антипирена делает изделие трудновосгораемым [20].

Наряду с перечисленными деталями в зарубежном вагоностроении в целях снижения веса оборудования вагонов, для продления его сроков службы и снижения эксплуатационных расходов пластмассы, главным образом стеклопластики, применяют для изготовления акку­ муляторных ящиков и ящиков для инструмента, песочниц и т. п. [9, 14]. Из стеклопластиков изготовляют вентиляционные каналы, воздухо­ воды, соединительные элементы к ним (рис. 14) [3, 5], верхние плиты и кольца пневматических рессор [1], корпуса вентиляторов [14] и ло­ пасти водяных насосов [5], внутреннюю обшивку кабин управления, дверные пороги и наличники, защитные кожухи редукторов [5, 9], кар­ касы и обшивку пультов управления. Используют также его для из­ готовления крышевых люков, установки и ревизии водяных баков [1, 4], кухонного оборудования в вагонах-ресторанах [4], лестниц в двухэтажных вагонах, межкупейных перегородок [1, 4, 5, 6], дета­ лей оборудования санузлов (унитазов, сливных труб, умывальных раковин и т. п.) [3, 17], а также откидных столиков и стоек к ним.

3.Антикоррозионные и вибропоглощающие покрытия

Взарубежном вагоностроении большое внимание уделяется проб­ леме снижения вибраций и антикоррозионной защите кузова вагона.

Для защиты от коррозии внутренней поверхности металлической об­ шивки и других элементов кузова используют покрытия на основе полиэфирных, эпоксидных, поливинилхлоридных, полиуретановых и других смол. Применяют для этих целей различные модификации этих смол, а также материалы на основе битумов и канифоли. Защит­ ные средства от коррозии, производимые в большом ассортименте из полимерных материалов под разными фирменными названиями, весьма различны по своим составам и технологическим характеристикам. Обычно к ним предъявляют повышенные требования по химической стойкости, надежной адгезии к металлу, вибро-морозо- и теплостой­ кости, а также минимальной гигроскопичности. Кроме того, они должны иметь по возможности минимальный вес и быть технологич­ ными в применении. Многообразие материалов, используемых в зару­ бежном вагоностроении для этих целей, объясняется трудностью со­ здания лакокрасочных материалов, совмещающих комплекс таких свойств. К числу наиболее высококачественных покрытий, отвечаю­ щих большинству указанных требований, западногерманские и амери­ канские фирмы относят лакокрасочные материалы на основе эпоксид­ ных и полиуретановых смол [21, 22, 23].

На вагоностроительных заводах ФРГ при строительстве вагоновресторанов и вагонов метрополитена для окраски внутренних поверх­ ностей обшивки металллических кузовов и их элементов, включая полы, применяют грунтовки и краски на основе эпоксидных смол. Для наружной окраски используют главным образом композиции на осно­

21

ве полиуретана [21]. Такого же состава полиуретановая смола шифра К 3402 применяется в США на железной дороге Вестей—Марилоун

для покрытия внутренних поверхностей грузовых вагонов-хопперов

[ 22] .

Покрытия на эпоксидной и полиуретановой основе водостойки, устойчивы к окислительным средам и механическим воздействиям. Они более надежно и более продолжительное время, чем другие извест­ ные лакокрасочные покрытия, обеспечивают защиту металла от кор­ розии.

Технология нанесения на металл эпоксидных и полиуретановых покрытий предусматривает тщательную очистку поверхности металла дробеструйной обработкой или химическими методами. Кроме того, не­ посредственно перед нанесением лакокрасочный материал подогрева­ ют до температуры +90 -f- 95° С. Окраска внутренних поверхностей осуществляется в несколько слоев с последующей горячей сушкой. Все это осложняет процесс использования этих материалов, однако гарантирует длительный срок службы кузовов без коррозионных по­ вреждений.

Наряду с эпоксидными и полиуретановыми грунтовками и масти­ ками в ФРГ используются мастики на битумной основе. Такое защит­ ное покрытие имеют внутренние поверхности кузовов вагонов-ресто­ ранов, построенных до 1960 г. В вагонах I класса более поздней по­ стройки серии Арюм-65 применена битумная мастика, содержащая в качестве наполнителя слюду. Толщина такого покрытия составляет 3 -f- 5 мм. Эта же мастика в сочетании с пенополистиролом исполь­ зуется для покрытия стен кузовов вагонов-ресторанов [24].

Эксплуатирующиеся на английских железных дорогах 400 цель­ нометаллических пассажирских вагонов имеют антикоррозионное и вибро-звукоизолирующее покрытие кузова, состоящее из грунтовки на битумной основе, по которой нанесена синтетическая мастика с ас­ бестом в качестве наполнителя под названием аквапласт. Толщина ее слоя составляет 3—3,5 мм [36, 37].

В США в 1968 г. выпущена партия вагонов для скоростного движе­ ния в поездах «Метролайнер», кузова которых имеют вибропоглощаю­ щее покрытие марки еленкноте, которое представляет собой битумный клей, модифицированный натуральным каучуковым латексом. На тон­ кий слой этого покрытия приклеивается листовая резина толщиной 4,8 мм. Этим создается монолитная, антикоррозионная звуко-вибро- изоляционная система, прочно связанная со сталью кузова ва­ гона [35].

В ГДР выпускаются пассажирские вагоны для международногосообщения, имеющие на внутренней поверхности обшивки и каркаса кузова покрытие из антикоррозионной обмазки, поверх которой нане­ сено противошумное покрытие хелибит-50 [27]. В вагонах типа 47К применено специальное антикоррозионное и шумопоглощающее по­ крытие из мастики преолит [32].

Во Франции надежную звуко-вибро- и теплоизоляцию имеют новые вагоны трансъевропейского экспресса «Мистраль», предназначенные для сообщения Париж—Ницца. Обшивка и каркас кузовов вагонов.

22

всех типов, входящих в состав этих поездов, имеют многослойную, звуко-вибро- и теплоизоляцию (рис. 15) [28, 29].

В Австралии в пассажирских поездах, на линии Сидней—Перт, кузова вагонов имеют вибро- и шумопоглощающие битумные покры­ тия [31]. Покрытия, поглощающие шум и вибрацию, из составов на •битумной основе имеют кузова пассажирских вагонов типа МАРк ИВ, эксплуатирующиеся на линиях Восточного побережья и в Западном •округе Англии [37].

В пассажирских вагонах дальнего следования (ФРГ) серии беюм 60, 62 и других, постройки 1970—1971 гг., антикоррозионное и вибро­ звукопоглощающее ограждение обшивки кузовов и межкупейных перегородок состоит из антикоррозионной краски, на которую спе­ циальным клеем приклеивается листовой стеклопластик. На этот под­ слой приклеиваются плиты из минеральной ваты объемным весом 12 кгім6 и бумажнослоистый пластик декоративной отделки боковых ■стен [30].

Для наружной окраски вагонов в целях защиты от коррозии в раз­ ных странах применяют различные лакокрасочные материалы. В по­ следние 3—4 года начали распространяться полиуретановые покры­ тия как наиболее высококачественные и долговечные [21, 36].

В ФРГ для наружной окраски подвижного состава разработаны новые двухкомпонентные полиуретановые лаки типа D/D («десмодур-N» и «десмофен-650»). Обе составные части смешиваются непосредственно перед нанесением. В результате получают защитные пленки с характер­ ной для полиуретана высокой химической, коррозионной и водостой­ костью [21]. Применение обычных моющих кислотных или щелочных •средств не оказывает заметного воздействия на цвет и глянец по­ крытия.

По опубликованным данным, покрытия типа D/D на вагонах, локо­ мотивах, автобусах после 4—5 лет эксплуатации сохраняют свой перво­ начальный цвет. Однако эти лаки нестойки при воздействии концентри-

Рис. 15. Схема устройства пола вагона поезда «Мистраль»:

23

рованных кислот и щелочей. Эпоксидные лаки более устойчивы. По­ скольку полиуретановые лаки на базе десмодур-десмофена создают наиболее надежные и высококачественные наружные слои, их приме­ няют для окончательной отделки — нанесением первого и второго по­ кровного слоя. Для грунтовки поверхности используют более дешевые материалы. Аналогичная технология окраски применяется и на же­ лезных дорогах Франции [36].

При нанесении лакокрасочных покрытий из материалов на поли­ уретановой основе в качестве первого слоя используют грунт, содер­ жащий цинк и железный сурик. Затем наносят 2—3 слоя темных поли­ уретановых эмалей и лишь последним слоем наносят эмаль требуемого цвета. Покрытия на основе полиуретанов используются на некоторых вагоностроительных предприятиях ФРГ взамен ранее применявших­ ся нитролаков. При этом отпадает необходимость применять масляную шпаклевку.

В ФРГ наружное покрытие красками на полиуретановой основе применяют для пассажирских вагонов скоростных поездов, а также вагонов метрополитена. Например, все вагоны метро Франкфурта имеют наружную окраску лаками типа десмодур-десмофен [33]. Поли­ уретановые покрытия имеют также кузова пассажирских вагонов дневных скоростных поездов национальных железных дорог Канады, курсирующих на линиях Торонто—Сарная и Торонто—Унисон. На вагонах с алюминиевым кузовом полиуретановое защитное покрытие длительное время сохраняет блеск алюминия [34].

Наряду с покрытиями на основе полиуретана для окраски вагонов применяют и различные покрытия на основе эпоксидных смол. Так же, как и полиуретановые, они требуют тщательной подготовки окрашивае­ мой поверхности, что обеспечивает возможность получения прочного, долговечного покрытия. Учитывая, что стальные поверхности после очистки быстро окисляются, слой грунтовки на них обычно наносят непосредственно после их очистки. При этом грунтовки, также на осно­ ве эпоксидных смол, применяют с большим содержанием цинка. Затем на грунтовку наносят в два-три слоя краски или эмали. Эти компози­ ции подбирают с расчетом совместимости эпоксидной грунтовки с по­ следующими слоями покрытий. Обычно для удобства нанесения в со­ став лакокрасочных эпоксидных и других композиций вводились раст­ ворители. Растворитель, делая композицию менее вязкой, улучшал процесс ее распыления. Однако толщина пленки, содержащей раство­ ритель, в процессе сушки уменьшалась на 25 ч- 50%. В настоящее время разработаны рецептуры эпоксидных покрытий, не содержащих растворителей и наносимых сразу слоем 2,5—3,75 мм.

Для изготовления таких составов без растворителей используются жидкие эпоксидные смолы (типа эпифен, эписеал, эпи-таз), отверждае­ мые аминами или полиаминами. Они легко наносятся кистью и могут быть нанесены распылением.

Исключение растворителей из рецептуры эпоксидных покрытий уменьшает пожароопасность процесса окраски, упрощает систему вен­ тиляции помещений и рабочих мест и условия хранения лакокрасоч­ ных материалов.

24

4. Звуко- и теплоизоляция

Увеличение скоростей движения поездов сопровождается возраста­ нием .интенсивности шумов в пассажирских вагонах, нередко превы­ шающих санитарные нормы, и увеличением тепловых потерь.

Исследованиями, проведенными в Научно-исследовательском цент­ ре национальных железных дорог Японии, установлено, что с ростом скоростей движения интенсивность шумов в вагонах пассажирских ско­ ростных поездов возрастает в квадратичной и кубической зависимо­ сти [38]. Поэтому большое значение придается вопросам звуко- и тепло­ изоляции пассажирских вагонов, как одним из главных элементов комфортабельности поездки пассажиров.

Снижение уровня шумов в вагонах достигается различными мера­ ми, направленными на гашение их непосредственно у источников их возникновения. Например, в сопряжениях системы тормозной рычаж­ ной передачи устанавливают пластмассовые втулки. Тормозные цилин­ дры изолируют от сопрягающихся элементов рамы вагона специаль­ ными резиновыми прокладками. Раздвижные двери в вагоне монтиру­ ют на пластмассовых роликах.

Для снижения уровня шума применяются звуко- и теплоизоля­ ционные материалы, резиновые или пластмассовые элементы в шквор­ невом узле, изготовляются отдельные части элементов кузова из пласт­ масс и т. п. Широко распространены герметизация окон и применение звукопоглощающих покрытий и мастик, например, с асбестовым на­ полнителем, наносимых распылением на поверхности стальных эле­ ментов кузова и деталей. Снижение уровня шума внутри вагона дости­ гается применением звукопоглощающих материалов таких, как перфо­ рированные листы пластиков для обшивки потолка, мягкие пористые материалы для пола и стен, ткани из синтетических волокон для обив­ ки мебели и др.

Для снижения уровней шума, вибрации и улучшения теплозащиты в пассажирских вагонах особенно скоростных поездов применяются разные, преимущественно полимерные материалы, выполняющие одновременшТроль вибро-звуко-и теплозащиты [39—41]. Известны слу­ чаи, когда для особо надежной вибро-звуко-и теплоизоляции вагонов применяют до 15 различных слоев всевозможных ограждающих средств.

В табл. 5 приведен перечень и некоторые характеристики изоли­ рующих материалов, применяемых в Японии в качестве звуко- и тепло­ изоляции при постройке вагонов [23].

Тепло- и звукоизолирующие материалы, применяемые в железно­ дорожном подвижном составе, должны отвечать следующим основным требованиям:

иметь по возможности минимальный объемный вес; обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться при дли­

тельном воздействии вибраций, изменении температуры и влаж­ ности;

иметь минимальные показатели гигроскопичности и водопоглощения;

25

Т а б л и ц а 5-

Изолирующие материалы, применяемые в вагонах Государственных железных дорог Японии (стоимость твердой древесноволокнистой плиты принята за 100 единиц)

не выделять токсичных летучих веществ и сильных запахов; не оказывать корродирующего действия на металлы.

Номенклатура используемых в подвижном составе тепло- и звуко­ изоляционных материалов весьма разнообразна. К ним относятся все­ возможные шумопоглощающие мастики, пенопласты, стеклянные и минеральные ватообразные материалы, резина, конструкционные па­ нели типа «сэндвич», с заполнителем из пенопластов или сотопластов, стеклопластики, древесноволокнистые, бумажнослоистые и другие пластические материалы.

Ниже приводятся краткие сведения о наиболее употребляемых в за­ рубежном вагоностроении тепло- и звукоизолирующих материалах

ипримеры их использования в вагонах различных конструкций. Мастики наносятся на металлические листы обшивки кузовов ва­

гонов, металлические профили каркаса кузова, перегородки и другие элементы для того, чтобы уменьшить шум от двигателей, компрессоров и вибрации, возникающей при движении вагона. Шумопоглощающие мастики относятся к числу основных материалов, препятствующих распространению шума и выполняющих одновременно теплоизоляцион­ ные функции. В некоторых случаях отдельные марки мастик пред­ назначаются также и для антикоррозионной защиты металла кузова. Известно большое разнообразие мастик, различающихся по своему со­ ставу и технологическим характеристикам. Мастики изготовляют на основе битумов, смоляных связующих, латексов и всевозможных их сочетаний, иногда с растворителями, маслами, пластификаторами, антикоррозионными пигментными и другими присадками. В качестве

26

наполнителей в мастиках чаще всего применяют асбест, асбестовую пыль, слюду, дробленую пробку и другие материалы.

В ГДР широко применяют мастику марки еива 3405, у которой свя­ зующей основой является смесь смолы и каучука. Она может эксплуа­ тироваться при температуре до +90° С. Другая распространенная мастика марки 2263/9005, применяемая в вагонах ГДР, изготовляется на основе битума с асбестовым наполнителем. В вагонах метрополите­ на для поглощения корпусного шума применяют звукопоглощающую мастику под названием фонкиллер.

Вагоны-рестораны трансъевропейских экспрессов ФРГ на всей ли­ стовой обшивке кузова имеют звукопоглощающий слой мастики шиф­ ра 301 р. Д, наносимый метод набрызгивания. Таким же методом на­ пыления наносятся мастики на внутренние поверхности кузовов ваго­ нов из нержавеющей стали поездов австралийских железных дорог, курсирующих по маршруту Сидней—Перт [42]. В США в вагонах скоростных поездов применена мастика под названием аквапласт, наносимая на металлические поверхности кузовов толщиной слоя 1,6 мм.

Изоляция из пенопластов. Главное место в тепло- и звукоизоля­ ционных ограждающих устройствах, применяемых в пассажирских так же, как и в изотермических и рефрижераторных, вагонах, зани­ мают жесткие пенопласты. Из-за малого объемного веса и высоких те­ плоII звукоизолирующих свойств они получили признание в техни­ ке зарубежного вагоностроения. В вагонах постройки 40-х годов применялись пенопласты на основе фенолоформальдегидной и мочевиноформальдегидных смол — пенофенопласты и пенокарбомиды. В 60-х годах в вагоностроении начали широко применять пенополистирол (ППС) и пенополивинилхлорид (ППХВ), а позднее — пенополиуретан (ППУ). В табл. 6 приведены физико-механические свойства наиболее распространенных за рубежом жестких пенопластов общего назначе­ ния, применяемых в вагоностроении.

Пенополистирол (ППС) получил распространение как теплоизоля­ ционный материал, в пассажирских и изотермических вагонах США, Англии, Франции, ФРГ, ГДР, Австрии, Дании, Швеции, Югославии и других стран. В последние годы зарубежные фирмы значительно улучшили свойства этого пенопласта.

ППС имеет различные фирменные названия, например в США стирофом, в Англии — полицой, сарофом, во Франции — фриглит, полизит, в ФРГ — стиропор, изопор, фриголит, в Венгрии — хунгароцелл, в Голандии — ибурит, темпекс. В вагоностроении чаще всего приме­ няют стирофом, стиропор, фриголит.

В США для тепло- и звукоизоляции железнодорожного подвиж­

0,25%. Материал выпускается в виде плит толщиной 25; 50; 75 и 100 мм, длиной от 3 до 6 и шириной 1,9 и 2,1 м.

В ФРГ выпускается пенополистирол марки стиропор. Разновид­ ностью его являются трудновоспламеняемый стиропор марки стиропор

27

28

F, а также химически стойкий и трудно воспламеняемый стиропор FH - Свойства некоторых марок стиропора приводятся в табл. 7.

В последние годы выпускаются марки стиропора с очень малым объ­ емным весом, достигающим 13—15 кг/м3; 16—20 и 20—25 кг/м3. Коэф­

В ФРГ в вагонах I класса серии Арюм-65 постройки 1965—1966 гг. пенопласт ППС для теплоизоляции пола применен в виде плит толщи­ ной 20мм, а толщиной 40 мм для крыши. В обоих случаях плиты ППС наклеивались на изоляционное покрытие, напыленное на стальные поверхности. В ФРГ ППС используется и при постройке вагонов-ре­ сторанов [24]. В ГДР он применяется в пассажирских вагонах даль­ него следования, в частности, в вагонах типа УВ/70 [27].

гии, Японии, США. В Японии он используется для термо- и звукоизо­ ляции пассажирских вагонов и некоторых серий вагонов электропоез­ дов. Важным свойством этого материала является его химическая стой­ кость к сильным кислотам и щелочам, органическим растворителям, смазкам и к высокой влажности. Кроме того, он обладает некоторой эластичностью, что делает его стойким к вибрациям и ударам. К недо­ статкам относится большой по сравнению с ППС и другими пенопласта­ ми объемный вес (от 64 кг/м3 и выше).

Пенопласт ППВХ производится в промышленных масштабах мно­ гими фирмами Италии, Франции, Японии, Голландии, США, ГДР.

Пенополиуретан (ППУ) считается наиболее перспективным мате­ риалом для тепло- и звукоизоляции железнодорожного подвижного, состава, несмотря на относительно высокую по сравнению с другими пенопластами его стоимость.

Важнейшим свойством этого материала является низкий коэффи­ циент теплопередачи (0,015 ккал/м-ч °С) и низкое водопоглощение.

За последние 10—12 лет в создании и улучшении свойств вспенен­ ных полиуретанов достигнуты большие успехи, особенно в ФРГ, США, Англии, Японии. Некоторые рецептуры и марки ППУ разработаны для использования путем заливки в жидком виде в соответствующие поло-

29