目前，列车是包括我国在内诸多国家人们长途出行的最主要交通工具之一，而地铁和轻轨是大型城市市内交通的重点发展方向。轨道交通车辆所使用的材料呈现以下趋势：钢材料逐渐为铝合金所取代，继而，又为玻璃钢/复合材料所取代。高速列车从车头到车身的全流线型结构的车体造型，特别适合玻璃钢/复合材料设计自由度大、一次整体成型的技术特点；车厢内饰美观舒适以及轻量化要求，适合玻璃钢/复合材料轻质高强、造型和装饰效果好的特点。尤其适合SMC快速模压成型、表面质量佳的工艺特点。欧美、日本等国家已在轨道交通领域内得到广泛应用。例如，火车、高速列车以及城市轻轨、地铁列车的车体、车厢、卫生间等部件，很多是采用玻璃钢/复合材料制成的。其中，英国XP64型客车、法国Mistra客车、日本京浜800型快车等均采用FRP复合材料整体模压成型；采用玻璃钢/复合材料制作的车厢墙板、顶板、地板、座椅、卫生间、洗手间等内饰部件，在德国、英国、法国、瑞士、澳大利亚、日本等国家的列车上，随处可见，且大多为SMC模压成型。
然而，传统的玻璃钢/复合材料的阻燃性问题是制约其在轨道交通领域推广应用的主要因素。1987年伦敦地铁火灾和2003年韩国大邱地铁火灾造成的人员伤亡和财产损失，成了人们永远抹不去的痛苦回忆[4]。各个国家都制定了轨道交通领域使用材料极为严格的防火性能标准，如德国DIN5510、法国NFF16－101、英国的BS6853等，我国铁道部也制定了相关的试行标准。要求所用材料难燃或不燃，且遇火后发烟量及其毒性尽量低，保证其安全使用和利于环保。
本文通过选择不同类型的树脂体系，采用无毒的添加型阻燃剂，成功开发出难燃、低烟、无毒、内着色的A级表面SMC配方。这一配方的开发，将有利于消除玻璃钢/复合材料在轨道交通车辆方面应用的技术障碍，配合列车车辆向轻量化和安全性发展，促进国家轨道车辆技术水平的提高，扩大玻璃钢/复合材料应用领域。
2 实 验
2.1 原材料的选用
实验选用三种类型的不饱和聚酯树脂分别为S2510、S2520、S2530，由DSM公司提供。PVAc体系的低轮廓添加剂分别为L3310型、L3320型和L3330型；固化体系为过氧化苯甲酰叔丁酯（简称为TBPB）；增强材料为E型玻璃纤维；各原材料的物理性能见表1所示。
表1 原材料物理性能
2.2 实验仪器及测试方法
实验主要设备有：搅拌机：东湖试验仪器厂；SMC机组：美国Finn＆Fram公司；150吨压机：济南铸造锻压机械研究所；电子台秤：长沙湘平科技发展有限公司；WD-5A型万能试验机：广州实验仪器厂；Charpy冲击试验机：河北承德材料试验机厂。
测试方法：拉伸强度：按GB 1447-83执行；弯曲强度：按GB 1449-83执行；冲击强度：按GB 1451-83执行；氧指数：按GB8924-88执行；烟密度：按ASTM E 84执行。
2.3 正交实验设计
本实验以树脂、低轮廓添加剂、阻燃剂类型为主要影响因素，按照树脂∶低轮廓添加剂∶填料∶其它材料＝20∶14∶60∶6.0配制树脂糊，制备SMC片材，在150±3℃条件下压制测试试样，以拉伸强度和氧指数为主要考核指标，确定最佳的阻燃型SMC配方组分。具体正交实验因素水平见表2。
表2 正交试验L0(34)因素水平表(注：其中阻燃剂LZ为磷系阻燃剂；FZ为磷-卤系复合阻燃剂；TZ为无毒的添加型阻燃剂)
3 结果与分析
3.1 最佳配方的确定
表3是正交实验两个考核指标的极差分析表。对于极差分析来说，某列的极差最大，表示该列的数值在试验范围内变化时，使试验指标数值的变化最大，即该因素对试验结果的影响最大。对于考核指标拉伸强度来说，三个因素影响的主次顺序依次是：树脂类型＞低轮廓添加剂类型＞阻燃剂类型。说明不同的树脂类型对配方强度的影响最大，是最主要的影响因素；低轮廓添加剂类型对拉伸强度也有一定的影响，是次要因素；而阻燃剂类型对拉伸强度几乎没有什么影响。由分析结果可见，对于拉伸强度来说，其最优方案为A2B2C2；对于考核指标氧指数来说，三个因素影响的主次顺序依次是：阻燃剂类型＞低轮廓添加剂类型＞树脂类型。所以对于考察指标氧指数来说，最佳方案应该为A3B3C3。
由此可见，对于两个考核指标分析出的最优方案不同。结合实际情况，综合考虑各因素各水平的影响，因素A对拉伸强度影响最大，而对氧指数影响较小，应此，因素A的水平选择A2；因素B对拉伸强度、氧指数的影响都不大，考虑其实际对强度的影响应该更大一些，应此因素B的水平选择B2；对于因素C，对拉伸强度几乎没有影响，而对氧指数的影响非常显著，应此，因素C的水平应该选择C3；综合考虑分析得出的最优方案为A2B2C3，与5＃试验方案一致，即树脂为S2520型树脂，低轮廓添加剂为L3320，阻燃剂类型为添加型阻燃剂Tz。
表2 正交试验L9(34)因素水平表
3.2 最佳配方物理机械性能
综合上述试验结果，确定最优方案为A2B2C3。据此制备SMC，在150±3℃条件下压制实验平板并委托铁道部产品质量监督检验中心检测其各项物理机械性能，结果见表4。
表4为最佳配方的物理机械性能测试结果表。由表可见，最佳配方的拉伸强度为70MPa，弯曲强度为175MPa，冲击韧性为80.5KJ/m2，24小时吸水率为0.28％，巴氏硬度为47，均高于我国铁道部标准要求。衡量材料阻燃性最主要的考核指标氧指数达到45，说明该材料阻燃性非常优异。烟密度仅为87mg/m3，说明由这一最佳配方生产的SMC不仅难燃，而且还具有低发烟量的特点。另外，由于所用的阻燃剂为非卤素的添加型阻燃剂，因此该材料的燃烧时，放出的烟气无毒。此外，片材还采用无毒性的无机颜料配制的色浆进行内着色，压制的制品具有良好的表面状态，可以达到A级表面的效果。由以上分析可见，该材料不仅难燃、低烟而且发出的烟气无毒性，保证了其在使用过程中的安全性和环保性。同时，其各项物理机械性能均超过相关标准要求，可以作为交通轨道车辆内饰件的首选材料。
表4 最佳配方物理机械性能测试结果及我国标准要求
4 结 论
（1）高阻燃型SMC配方的最佳方案为A2B2C3，即树脂为S2520型树脂，低轮廓添加剂为L3320，阻燃剂类型为添加型阻燃剂Tz。
（2）最佳方案的拉伸强度为70MPa，弯曲强度为175MPa，冲击韧性为80.5KJ/m2，吸水率为0.28％，巴氏硬度为47，氧指数为45％，烟密度为87 mg/m3，均达到或高于我国铁道部相关标准的要求。
（3）该材料所用的阻燃剂为无毒性的添加剂，使得该材料燃烧时发出的烟气无毒性，保证了其在使用过程中的安全性和环保性。
（4）该材料的各项力学性能及阻燃性能均达到我国铁道部相关标准要求，可以作为交通轨道车辆内饰件的优选材料。
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