目前，列車是包括我國在內諸多國家人們長途出行的最主要交通工具之一，而地鐵和輕軌是大型城市市內交通的重點發展方向。軌道交通車輛所使用的材料呈現以下趨勢：鋼材料逐漸為鋁合金所取代，繼而，又為玻璃鋼/復合材料所取代。高速列車從車頭到車身的全流線型結構的車體造型，特別適合玻璃鋼/復合材料設計自由度大、一次整體成型的技術特點；車廂內飾美觀舒適以及輕量化要求，適合玻璃鋼/復合材料輕質高強、造型和裝飾效果好的特點。尤其適合SMC快速模壓成型、表面質量佳的工藝特點。歐美、日本等國家已在軌道交通領域內得到廣泛應用。例如，火車、高速列車以及城市輕軌、地鐵列車的車體、車廂、衛生間等部件，很多是采用玻璃鋼/復合材料制成的。其中，英國XP64型客車、法國Mistra客車、日本京浜800型快車等均采用FRP復合材料整體模壓成型；采用玻璃鋼/復合材料制作的車廂墻板、頂板、地板、座椅、衛生間、洗手間等內飾部件，在德國、英國、法國、瑞士、澳大利亞、日本等國家的列車上，隨處可見，且大多為SMC模壓成型。
然而，傳統的玻璃鋼/復合材料的阻燃性問題是制約其在軌道交通領域推廣應用的主要因素。1987年倫敦地鐵火災和2003年韓國大邱地鐵火災造成的人員傷亡和財產損失，成了人們永遠抹不去的痛苦回憶[4]。各個國家都制定了軌道交通領域使用材料極為嚴格的防火性能標準，如德國DIN5510、法國NFF16－101、英國的BS6853等，我國鐵道部也制定了相關的試行標準。要求所用材料難燃或不燃，且遇火后發煙量及其毒性盡量低，保證其安全使用和利于環保。
本文通過選擇不同類型的樹脂體系，采用無毒的添加型阻燃劑，成功開發出難燃、低煙、無毒、內著色的A級表面SMC配方。這一配方的開發，將有利于消除玻璃鋼/復合材料在軌道交通車輛方面應用的技術障礙，配合列車車輛向輕量化和安全性發展，促進國家軌道車輛技術水平的提高，擴大玻璃鋼/復合材料應用領域。
2 實 驗
2.1 原材料的選用
實驗選用三種類型的不飽和聚酯樹脂分別為S2510、S2520、S2530，由DSM公司提供。PVAc體系的低輪廓添加劑分別為L3310型、L3320型和L3330型；固化體系為過氧化苯甲酰叔丁酯（簡稱為TBPB）；增強材料為E型玻璃纖維；各原材料的物理性能見表1所示。
表1 原材料物理性能
2.2 實驗儀器及測試方法
實驗主要設備有：攪拌機：東湖試驗儀器廠；SMC機組：美國Finn＆Fram公司；150噸壓機：濟南鑄造鍛壓機械研究所；電子臺秤：長沙湘平科技發展有限公司；WD-5A型萬能試驗機：廣州實驗儀器廠；Charpy沖擊試驗機：河北承德材料試驗機廠。
測試方法：拉伸強度：按GB 1447-83執行；彎曲強度：按GB 1449-83執行；沖擊強度：按GB 1451-83執行；氧指數：按GB8924-88執行；煙密度：按ASTM E 84執行。
2.3 正交實驗設計
本實驗以樹脂、低輪廓添加劑、阻燃劑類型為主要影響因素，按照樹脂∶低輪廓添加劑∶填料∶其它材料＝20∶14∶60∶6.0配制樹脂糊，制備SMC片材，在150±3℃條件下壓制測試試樣，以拉伸強度和氧指數為主要考核指標，確定最佳的阻燃型SMC配方組分。具體正交實驗因素水平見表2。
表2 正交試驗L0(34)因素水平表(注：其中阻燃劑LZ為磷系阻燃劑；FZ為磷-鹵系復合阻燃劑；TZ為無毒的添加型阻燃劑)
3 結果與分析
3.1 最佳配方的確定
表3是正交實驗兩個考核指標的極差分析表。對于極差分析來說，某列的極差最大，表示該列的數值在試驗范圍內變化時，使試驗指標數值的變化最大，即該因素對試驗結果的影響最大。對于考核指標拉伸強度來說，三個因素影響的主次順序依次是：樹脂類型＞低輪廓添加劑類型＞阻燃劑類型。說明不同的樹脂類型對配方強度的影響最大，是最主要的影響因素；低輪廓添加劑類型對拉伸強度也有一定的影響，是次要因素；而阻燃劑類型對拉伸強度幾乎沒有什么影響。由分析結果可見，對于拉伸強度來說，其最優方案為A2B2C2；對于考核指標氧指數來說，三個因素影響的主次順序依次是：阻燃劑類型＞低輪廓添加劑類型＞樹脂類型。所以對于考察指標氧指數來說，最佳方案應該為A3B3C3。
由此可見，對于兩個考核指標分析出的最優方案不同。結合實際情況，綜合考慮各因素各水平的影響，因素A對拉伸強度影響最大，而對氧指數影響較小，應此，因素A的水平選擇A2；因素B對拉伸強度、氧指數的影響都不大，考慮其實際對強度的影響應該更大一些，應此因素B的水平選擇B2；對于因素C，對拉伸強度幾乎沒有影響，而對氧指數的影響非常顯著，應此，因素C的水平應該選擇C3；綜合考慮分析得出的最優方案為A2B2C3，與5＃試驗方案一致，即樹脂為S2520型樹脂，低輪廓添加劑為L3320，阻燃劑類型為添加型阻燃劑Tz。
表2 正交試驗L9(34)因素水平表
3.2 最佳配方物理機械性能
綜合上述試驗結果，確定最優方案為A2B2C3。據此制備SMC，在150±3℃條件下壓制實驗平板并委托鐵道部產品質量監督檢驗中心檢測其各項物理機械性能，結果見表4。
表4為最佳配方的物理機械性能測試結果表。由表可見，最佳配方的拉伸強度為70MPa，彎曲強度為175MPa，沖擊韌性為80.5KJ/m2，24小時吸水率為0.28％，巴氏硬度為47，均高于我國鐵道部標準要求。衡量材料阻燃性最主要的考核指標氧指數達到45，說明該材料阻燃性非常優異。煙密度僅為87mg/m3，說明由這一最佳配方生產的SMC不僅難燃，而且還具有低發煙量的特點。另外，由于所用的阻燃劑為非鹵素的添加型阻燃劑，因此該材料的燃燒時，放出的煙氣無毒。此外，片材還采用無毒性的無機顏料配制的色漿進行內著色，壓制的制品具有良好的表面狀態，可以達到A級表面的效果。由以上分析可見，該材料不僅難燃、低煙而且發出的煙氣無毒性，保證了其在使用過程中的安全性和環保性。同時，其各項物理機械性能均超過相關標準要求，可以作為交通軌道車輛內飾件的首選材料。
表4 最佳配方物理機械性能測試結果及我國標準要求
4 結 論
（1）高阻燃型SMC配方的最佳方案為A2B2C3，即樹脂為S2520型樹脂，低輪廓添加劑為L3320，阻燃劑類型為添加型阻燃劑Tz。
（2）最佳方案的拉伸強度為70MPa，彎曲強度為175MPa，沖擊韌性為80.5KJ/m2，吸水率為0.28％，巴氏硬度為47，氧指數為45％，煙密度為87 mg/m3，均達到或高于我國鐵道部相關標準的要求。
（3）該材料所用的阻燃劑為無毒性的添加劑，使得該材料燃燒時發出的煙氣無毒性，保證了其在使用過程中的安全性和環保性。
（4）該材料的各項力學性能及阻燃性能均達到我國鐵道部相關標準要求，可以作為交通軌道車輛內飾件的優選材料。
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