Глава 1
ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНАХ
- Общие сведения
Успехи в развитии производства пластмасс и других полимерных материалов, с одной стороны, и стремление к совершенствованию конструкции пассажирских вагонов и повышению их комфортабельности — с другой, привели к значительному использованию полимерных материалов в пассажирском подвижном составе. Они широко применяются для деталей и элементов внутреннего оборудования, тепло- и звукоизоляции, деталей амортизационных устройств ходовой и экипажной части и для антикоррозионной защиты стальных элементов кузовов вагонов.
Стремление зарубежного вагоностроения к снижению веса тары пассажирских вагонов привело в последние годы в некоторых случаях к изготовлению отдельных несущих деталей кузовов вагонов из высокопрочных пластмасс.
В США, Японии, Англии, ФРГ, Франции, Италии и некоторых других странах использованию в подвижном составе стеклопластиков на основе полиэфирных смол с наполнителями из стеклоткани, стекломатов, ровницы, жгута, волокна уделяется большое внимание. Это объясняется, главным образом, большой прочностью материалов этого типа при малом удельном весе (1,5—2 г/см3). При этом все характеристики стеклопластиков во многом зависят от состава материала и технологии изготовления детали, т. е. они в определенной степени управляемы. Типами связующей смолы и стеклянного наполнителя, соотношением того и другого, характером размещения наполнителя в структуре материала и детали, методом изготовления материалов и детали достигается большой диапазон значений прочностных характеристик изделий из стеклопластиков. К достоинствам стеклопластиков, кроме того, относятся: хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства, коррозионная стойкость, повышенные электроизоляционные свойства, радиопрозрачность (способность пропускать высокочастотные электромагнитные волны), простота изготовления изделий сложной конфигурации всеми способами прессования, характерными для переработки пластмасс.
Способность стеклопластиков на полиэфирных и эпоксидных смолах отверждаться при нормальных давлении и температуре открывает возможность простого изготовления из этих материалов крупногабаритных изделий любой формы методами так называемого контактного формования и напыления, не требующими какого-либо сложного, дорогостоящего оборудования и оснастки. Введением в состав материала антипиренов достигается негорючесть изделий из стеклопластиков.
Масштабы использования стеклопластиков в подвижном составе в разных странах различны. Наибольший опыт изготовления и эксплуатации железнодорожных изделий из стеклопластика накоплен в Англии, США, ФРГ и особенно в Японии [1]. В ряде других стран проводятся широкие эксперименты, проверка в эксплуатации опытных серий или партий изделий.
Главное направление использования стеклопластиков в вагонах заключается в применении их для создания силовых, несущих или частично выполняющих такие функции конструкционных элементов. Применяют стеклопластики и для крупногабаритных частей и деталей кузовов. Часто их используют в целях упрочнения, а также для об лицовки древесины и особенно фанеры при изготовлении из нее панелей, плит и других конструкционных деталей.
Из стеклопластиков изготовляются: крыши целиком и элементы крыш вагонов, торцовые стены головных вагонов электропоездов, кабины машинистов и топливные баки локомотивов и дизель-поездов, водяные баки и кабины санузлов пассажирских вагонов целиком, каркасы кресел и диванов, двери, оконные рамы, перегородки, полы в туалетных и машинных помещениях, аккумуляторные ящики и другие изделия [1—6].
Применение стеклопластиков для упрочнения деревянных и фанерных стен, перегородок и других элементов внутренней обшивки вагонов, а также для повышения их долговечности широко практикуется в США и ФРГ.
Технический процесс облицовки стеклопластиком фанеры, деревянных панелей или древесноволокнистых плит осуществляют нанесением на их поверхность сначала смолы, а затем предварительно пропитанного смолой стеклянного наполнителя (стеклоткань, стекло- холст, стекломат, стеклянное волокно). Материал стеклопластика наносится в один или несколько слоев в зависимости от требуемой толщины, на одну или на обе поверхности панелей с уплотнением каждого нанесенного слоя. Подготовленные таким образом панели и плиты подвергаются затем выдержке при повышенной температуре, что значительно ускоряет процесс отверждения стеклопластика. При высокочастотном обогреве продолжительность процесса облицовки стеклопластиком, например, фанерной панели продолжается всего 2—4 мин. В преобладающем большинстве случаев стеклопластик для упрочнения фанеры и древесноволокнистых плит или для непосредственного производства из него тех или иных деталей пассажирских вагонов изготовляют на основе полиэфирных смол.
Преимущественное использование полиэфирных смол для изготовления стеклопластиков в производстве силовых и других конструкционных изделий объясняется их невысокой по сравнению с другими смолами стоимостью, а также способностью отверждаться в условиях нормальной температуры и давления. Кроме того, эти смолы обладают высокой адгезией к стеклянному наполнителю, что улучшает прочностные характеристики пластика. Они прозрачны и не темнеют со временем. Это позволяет в случае необходимости придания изделию из стеклопластика той или иной расцветки вводить соответствующие красители в смолу в процессе изготовления изделия. Таким образом можно получить элементы конструкции нужного цвета, не требующие окраски в течение 10—15 лет.
Крупногабаритные изделия из стеклопластиков чаще всего изготовляют формованием, или так называемым контактным способом или методом наслаивания. Применяют и другие методы, такие, например, как вакуумное формование или формование в эластичных емкостях с помощью эластичных пуансонов под незначительным избыточным давлением. Используют также формование и методами впрыскивания или напыления, когда стекловолокнистая масса, смешанная со смолой, инициаторами отверждения и отвердителями, пневматически наносится распылением на соответствующую негативную модель или форму изделия. Лобовые стены и крыши вагонов, кабин машинистов, кабин санузлов изготовляют, главным образом, контактным методом. Изделия типа панелей или листов с использованием в качестве наполнителя однонаправленного стеклянного волокна, или стеклянной ткани, обычно изготовляют методом непрерывной протяжки пропитанного смолой стеклянного наполнителя.