В строительстве и при ремонте изотермических вагонов в последние 10—15 лет наблюдается интенсивное использование пенопластов. Это связано с большими преимуществами пенопластов по сравнению с другими термоизоляционными материалами, в первую очередь малым объемным весом, а также успехами химической промышленности, создавшей возможность обеспечения массового производства пенопластов различного типа. В связи с этим в ряде стран за последние годы установлены новые требования, предъявляемые к изотермическим вагонам по качеству их термоизоляции. Поэтому на Французских железных дорогах, например, установлены новые предельные параметры коэффициентов теплопроводности, объемного веса и других характеристик для термоизоляционных материалов, применяемых в изотермических вагонах. Для вагонов ранней постройки коэффициент теплопроводности этих материалов должен быть в пределах от 0,04 до 0,03 ккал/м X ч °С, а у материалов, предназначенных для строительства новых вагонов, — от 0,015 до 0,2 ккал/м·ч °С. Минимальный объемный вес согласно новым требованиям у пенопластов, применяемых для термоизоляции изотермических вагонов, должен быть в пределах 35— 40 кг/см3, предел прочности при сжатии не менее 3 кг/см2. Материалы должны быть виброустойчивыми и обладать постоянством характеристик при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 90° С. Кроме того, они должны быть негигроскопичными, не иметь запахов, и не воспринимать их.
Для вагонов с обшивкой из трехслойных конструкций типа «сэндвич» нормально изолированными считаются вагоны с коэффициентом теплопередачи в пределах от 0,2 до 0,3 ккал/м2Хч · °C, а для вагонов с усиленной изоляцией — от 0,12 до 0,15 ккал/м2Хч·°C. Такими качествами обладают ограждающие конструкции с термоизоляцией из пенопластов типа пенополиуретана, производимые в ФРГ, США, Англии, Японии, Франции и других странах [22—24, 31].
Рис. 73. Рефрижераторный вагон с кузовом из стеклопластика
В настоящее время можно считать, что везде в зарубежном вагоностроении наметилась общая тенденция к использованию пенополиуретана, а в некоторых странах его применение стало основным направлением создания надежной термоизоляции в современных изотермических вагонах [22].
Вторым, безусловно, перспективным направлением является изготовление кузовов изотермических вагонов с обшивкой из трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич» с оболочками из стеклопластика, стали пли алюминия [23—27].
Известно, что металлическая обшивка кузовов изотермических или рефрижераторных вагонов, особенно с внутренней стороны, неизбежно подвергается коррозии, даже при самой тщательной защите ее лакокрасочными покрытиями. В немалой степени коррозии могут способствовать и термоизоляционные материалы (например, мипора), обладающие большой гигроскопичностью, а иногда и создающие окислительную среду. Пенопласт типа пенополиуретана в сочетании с несущей оболочкой из стеклопластика, обладающего исключительной коррозионной устойчивостью, является наиболее удачным вариантом для создания элементов обшивки или конструкций кузовов вагонов, предназначенных для перевозки скоропортящихся грузов (рис. 73, 74). Подтверждается это опытом зарубежного вагоностроения последних лет.
Во Франции с 1967 г. в соответствии с разработанным четырехлетним планом производилась постройка более 500 новых изотермических двухосных вагонов с наружной и внутренней обшивкой из стеклопластика. Для термоизоляции боковых и торцовых стен был применен пенополивинилхлорид, а для крыши и пола — пенополиуретан. Устройство теплоизоляции пола и потолка производилось методом заливки и вспенивания пенополиуретана иа месте, непосредственно в предусмотренных полостях конструкций пола и потолка.
Пол выполнялся в виде трехслойной конструкции типа «сэндвич» как единый элемент конструкции кузова с внутренней и внешней оболочками, изготовленными из листов стеклопластика, снабженными ребрами жесткости. Толщина промежуточного слоя теплоизоляции из пенополиуретана составляла 120 мм. Постройка кузова вагона проводилась в специальном кондукторе, на раме которого сначала укладывался пол и собирались из панелей стены, соединявшиеся между собой и с полом клеем. Затем устанавливались и монтировались элементы крыши. Кузов оставался в кондукторе до полной полимеризации клеевых соединений. Коэффициент теплопередачи такого вагона составлял 0,22 ккал/мХч° С.
Рис. 74. Внутренний вид изотермического вагона с панелями обшивки из стеклопластика
В другой серии вагонов стены представляли собой трехслойные конструкции типа «сэндвич» с оболочками для наружной стороны обшивки, выполненными из стали марки «Корнет», а для внутренней — из нержавеющей стали. Термоизоляцией стен служил промежуточный слой, изготовленный из пенополиуретана методом заливки и вспенивания на месте. Полы тоже трехслойной конструкции изготовлялись с оболочками из листового стеклопластика с промежуточным слоем теплоизоляции из пенополиуретана. Изоляция боковых стен состояла из слоя пенополиуретана толщиной 80 мм, торцовых стен и крыши — 100 мм и пола — 130 мм.
В Италии в районе Венеции в 1971 г. построен завод по изготовлению кузовов изотермических вагонов и контейнеров из стеклопластика. Материал для конструкции кузовов под названием ипергласс [25] изготовляется на основе изофталевой смолы с содержанием 50% стекловолокна и 50% смолы [23].
Кузова вагонов представляют собой единую монолитную конструкцию пола, стен и потолка, выполненную в виде трехслойной конструкции типа «сэндвич» с оболочками из листов ипергласс [25], с промежуточным слоем — заполнителем из пенополиуретана. Хорошие изотермические свойства кузовов, изготовленных из такого материала, особенно ценны при перевозке продуктов, нуждающихся в постоянной температуре.
Международное общество по перевозке скоропортящихся продуктов по железным дорогам Западной Европы Интерфриго имеет парк изотермических вагонов с кузовами, выполненными в виде трехслойных конструкций типа «сэндвич» с оболочками из стали и алюминия. В вагонах новой постройки начали применяться оболочки и из стеклопластика с промежуточным слоем — заполнителем из пенополиуретана, вспениваемого на месте. В двухосных вагонах такого типа из стеклопластика, построенных по заказу Интерфриго и предназначенных для движения со скоростью до 120 км/ч, изоляция обеспечивает коэффициент теплопередачи 0,15-0,2 ккал/м2 · ч оС [24].
Около 700 единиц изотермических вагонов подобного типа со стальными оболочками трехслойных конструкций элементов кузовов и с промежуточным слоем термоизоляции из пенополиуретана находятся в эксплуатации на железных дорогах Франции. Эти двухосные вагоны имеют длину 12,7 м, площадь пола 27,5 м2, объем 55 м3, вес тары 15,8 т, вес льда 4,5—5 т.
В США в 1960 г. были созданы экспериментальные вагоны для перевозки скоропортящихся грузов, в которых применялись различные теплоизоляционные материалы и материалы для обшивки кузовов. Например, в нескольких вагонах, построенных в 1961 г., боковые и торцовые стены выполнялись в виде трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич» с пенополиуретаном в качестве промежуточного слоя толщиной 127 мм, а на крыше — с оболочками из листовой стали — 178 мм. Испытывались вагоны с термоизоляцией в виде воздушной прослойки (подушки) толщиной 127 мм, заключенной в герметически выполненных панелях, с панелями типа «сэндвич» с оболочками из стеклопластика и пенопластовым заполнением, а также с панелями с термоизоляцией из стекловаты со слоем 50 мм и воздушной прослойкой.
Изотермические специализированные вагоны в количестве 50 шт. с кузовами из стеклопластика, приспособленными для перевозки рыбы, построены в США для железных дорог Южной Африки. Кузова вагонов этого типа имеют стальную раму; стены, полы и потолки выполнены из трехслойных конструкционных панелей стеклопластика с термоизоляцией из пенополиуретана, заливка и полимеризация которого проводилась на месте непосредственно в элементах кузова [26]. Затвердевший пенопласт имеет объемный вес 36—40 кг/м3, толщина его прослойки в стенах достигает 100 мм, а в устройстве пола— 160 мм. Расход стеклопластика для кузова вагона длиной 13,7, шириной 2,5 и высотой 2,7 м, с полезным объемом 62,5 составил 2,7 т. Грузоподъемность вагона 27 т [27].
В США в 1963—1964 гг. построено около 1000 большегрузных рефрижераторных вагонов типа R 70-13, с машинным охлаждением, грузоподъемностью 70 т и полезным объемом кузова — 113 м3. Стены, пол и крыши вагонов имеют термоизоляцию из жесткого пенополиуретана толщиной 127 мм [28].
Железная дорога Санта Фе построила в 1963—1964 гг. 800 изотермических вагонов с использованием для термоизоляции пенополиуретана. Для обшивки стен вагонов применялись крупногабаритные панели из водостойкой фанеры, облицованной для повышения прочности и влагостойкости стеклопластиком. Фанера для пола применялась толщиной 25 мм, для торцовых стен — 12,7 мм и для боковых — 8 мм. Теплоизоляция полов, торцовых и боковых стен выполнялась толщиной слоя 90 мм, для потолка — 127 мм. Технологией монтажа кузова вагона предусматривалось устройство настила пола из трех панелей, боковых стен — из 8, а торцовых — из одной панели. Применение при строительстве вагонов крупногабаритных панелей позволило значительно снизить трудовые затраты и сократить сроки сборки кузовов. Эти вагоны оборудованы резино-металлическими поглощающими аппаратами автосцепки.
Для этой дороги построено также несколько вагонов с кузовом из стеклопластика трехслойной конструкции с усиленной теплоизоляцией. Толщина оболочки из стеклопластика, являющейся внутренней поверхностью стен вагона, составляла 9,5 мм, а промежуточный теплоизоляционный слой из пенополиуретана — 200 мм. Вагоны рассчитаны на поддержание в них температуры до —40° С.
В США в 1968 г. было построено 400 вагонов-рефрижераторов грузоподъемностью 63 т, с внутренним объемом помещения 113 м3. Термоизоляция вагонов этого типа обеспечивается пенополиуретаном толщиной слоя в стенах и крышах 125 мм, а в полах 100 мм. Внутренние стены выполнены из гофрированного стеклопластика [30].
В Голландии первый вагон с кузовом из стеклопластика и изоляцией из пенополиуретана грузоподъемностью 20,5 т был построен в 1965 г. Стены, полы и потолки кузова изготовлены в виде трехслойной конструкции типа «сэндвич», с термоизоляционным промежуточным слоем из пенопласта, выполненным методом отверждения соответствующих жидких компонентов на месте.
В некоторых странах Западной Европы в порядке эксперимента применяют для термоизоляции при изготовлении кузовов изотермических вагонов и контейнеров полиуретановый пенопласт, армированный высокопрочной стальной проволокой [29]. Листовые материалы пенопластов, армированные проволокой, производятся в Англии.
В США для сборки кузовов рефрижераторных вагонов изготовляются термоизоляционные трехслойные конструкционные панели типа «сэндвич» размером 2,4 X 0,6м и толщиной 76, 95 и 114 мм. Оболочки панелей выполняют из стеклопластика, а промежуточный теплоизолирующий слой — из пенополиуретана объемным весом 40—45 кг/см3. При постройке вагонов монтаж их кузовов осуществляется из таких панелей на клееболтовых соединениях с перекрытием швов.
В ГДР выпускаются изотермические вагоны с кузовами слоистой конструкции с термоизоляцией пенопластом на основе поливинилхлорида, объемным весом 60 и 80 кг/м3 [28]. Деревянные полы вагонов имеют резиновое покрытие.
Полимерные материалы, преимущественно стеклопластики, широко применяют при строительстве и ремонте изотермических вагонов, а также для изготовления дверей, рам, люков, крышек люков, воронок для загрузки льда, вентиляционных шахт, напольных решеток, баков для топлива и воды. Используют их и для изготовления трубопроводов, охлаждающих коммуникаций, корпусов вентиляторов и других деталей [25, 28, 30].
Отмечается, что применение деталей и элементов конструкции изотермических вагонов из полимерных материалов существенно увеличивает сроки их службы, сокращает затраты на ремонт и содержание. Было установлено, что со временем в результате увлажнения и процессов старения в термоизоляции из пенопластов наблюдается некоторое изменение теплопроводности. В ФРГ были проведены исследования по определению изменения теплопроводности и других важнейших свойств пенопластов при различной температуре эксплуатации.
Исследованиями установлено, что низкая теплопроводность пенополиуретана в диапазоне температуры от—50 до +50° С с течением времени несколько повышается (ухудшается). Однако ухудшение теплоизоляционных свойств из-за повышения теплопроводности пенополиуретана значительно меньше, чем у пенопластов на основе фенольных, стирольных, виниловых и других смол.