地铁由于其特殊的运行环境，疏散相对困难，特别是2 1 世纪初韩国大邱市发生严重地铁火灾事故，使得全球对地铁系统的防火设计越来越重视。我国地铁系统中对于车站、隧道及其附属设施的防火设计大多有明确要求，而对于车辆的底架等重要承载部件无强制防火要求。

随着国内客户安全防范意识的提高，以及产品与国际最高要求的接轨，目前越来越多的轨道车辆运营企业提出了地铁车架防火的需要，部分地铁项目对耐火时间的要求甚至都超过了国际通用标准规范中国机械网okmao.com。

1 地铁车辆防火的必要性

我国地铁车辆轻量化的工作已经走在世界前列，车辆的主体结构材料大量应用铝合金等材料。众所周知，铝合金在高温时的力学性能远不及碳钢或者不锈钢，铝合金熔点一般在6 0 0 ~ 6 6 0 ℃ ，而低碳钢熔点一般在1 3 0 0 ℃ 以上，常见的铝型材在3 0 0 ℃ 左右将丧失4 0 % ~ 6 0 % 的强度，而普通碳钢对应比例的强度丧失温度一般在5 0 0 ℃ 以上。根据A S T M E 1 1 9 及B S6 8 5 3 等标准，着火5 m i n 后，纤维类火焰有效温度超过5 0 0 ℃（见图1），如果不做有效的防火保护，铝合金车体比碳钢或不锈钢车体将更早出现结构坍塌，有效的疏散、救援及灭火时间很短，十分危险。

A S T M E 1 1 9 模拟测试关于燃烧时间与火焰温度的要求

2 地铁防火涂料的类型

地铁底架防火主要通过次地板结构或者防火涂料来实现，由于防火涂料具有自重低、防火隔热性能好、施工简便等优势，新项目中越来越多采用此类方案。考虑到质量以及外观的要求，地铁车辆上使用的均为膨胀型防火涂料，主要有溶剂型超薄防火涂料、双组分环氧防火涂料以及水性防火涂料。

2 . 1 溶剂型超薄防火涂料

相比环氧防火涂料，超薄型防火涂料的外观及自重等优势更加显著，在钢结构中特别是超高层的钢结构建筑中得到广泛应用。超薄型防火涂料目前主要为单组分产品，在火焰的高温作用下，涂层首先熔融碳化，然后膨胀发泡，最后形成稳定坚固的膨胀涂层。溶剂型超薄防火涂料在涂料成本、施工环境要求、施工难度、产品稳定性等方面有较为明显的优势，目前在市场上还占有较大的份额。涂料中的催化剂、膨胀剂等组分的选择以及可靠性对防火涂料的启动温度、最终发泡倍率有十分显著的影响。由于铝型材在2 0 0 ℃左右已经有明显的强度丧失，所以在传统钢结构使用的超薄型防火涂料中，部分启动温度较高的防火涂料并不适用于铝合金车架。

常见的超薄型防火涂料一般不具备底漆的功能，在涂层设计时推荐使用同一品牌的配套底漆，或对底漆与防火涂层的兼容性做确认性试验。

部分单组分防火涂料并不具备长时间的耐水及耐化学品能力，为了防止防火涂层被化学介质所破坏，这时就需要一层面漆来保护防火涂料。其次，由于车体整体设计需求，如果对底架颜色有明确的要求，也需要通过面漆来实现。防火涂层体系中，面漆层覆盖了防火涂层，普通聚氨酯面漆的耐热温度为1 2 0 ~ 2 0 0 ℃ ，面漆层在高温下发生的理化变化可能会严重影响防火涂层的防火性能，面漆与防火涂层的兼容性很难通过产品的类型及主要组成物质做出准确的判断，一般需要通过测试来对其防火兼容性与化学兼容性进行确认。

防火涂层厚度设计需要综合考虑防火涂料的隔热能力、车架结构、防火标准及时间要求，同时也需要兼顾产品的施工便利性、施工周期及成膜后的质量等。

2 . 2 环氧膨胀型防火涂料

环氧膨胀型防火涂料最早由N A S A 开发，目前被大规模用于石油化工等行业。受热时，防火涂料被火焰热量激活发生化学反应，膨胀形成厚的绝热焦炭层；焦炭层在一定时间内对底材进行保护，免受火焰的影响，延长结构坍塌的时间。环氧防火涂料硬度高、耐水性好，力学性能优异。但环氧防火涂料的最终发泡倍率一般显著低于超薄型防火涂料，很多项目测试结果发现常规环氧防火涂料需要更厚的涂层设计，一定程度上增加了防火涂层的质量。

环氧防火涂料主要以无溶剂设计为主，挥发性有机物（V O C）含量极低，环保性能优异。环氧防火涂料设计除了厚度有差异外，其他与超薄型防火涂料基本相同，少数情况下可以不设计底漆或者面漆。

2 . 3 水性超薄型防火涂料

近几年来，国家环保要求日益提高，V O C 排放标准不断提高，部分地方已经出台了相关政策，要求轨道交通行业全部切换为水性涂料。目前各大生产单位及地铁采购方也提出了越来越多的环保要求，水性防火涂料的应用比例不断增加。高端的溶剂型防火涂料施工时V O C 排放量为2 0 0 ~ 3 0 0 g / L ，每节车辆的排放总量为1 5 ~ 3 0 k g（防火设计标准不同，防火涂层的厚度差异大）；而水性防火涂料能极大降低V O C 排放量，部分产品已经实现零V O C ，环保性能优异。目前使用的水性防火涂料主要为超薄型防火涂料，与溶剂型防火涂料相同，水性防火涂料的反应类型也可分为物理膨胀型和化学反应型或者两种方式共同作用。水性防火涂料的成膜物体系有无机树脂体系、有机树脂体系以及有机- 无机树脂体系，成炭发泡膨胀物有膨胀石墨（E G）、多聚磷酸铵（A P P）和三聚氰胺（M E L）等，从构成上来说可以实现与溶剂型涂料相同的防火能力。

3 防火涂料的施工

3 . 1 溶剂型超薄防火涂料的施工

溶剂型超薄型防火涂料主要为单组分产品，总体来说施工较为便利。部分产品需要购置特殊的专用施工工具；部分产品则可以直接使用常规的高压无气喷涂机施工，施工要求大体也与常规涂料相同，无需长时间专业培训。作为功能型涂料，超薄型防火涂料除了需要遵循普通涂料的环境条件、施工控制等要求外，还需要重点注意以下几点。

1）厚度控制。防火涂料的厚度设计根据标准不同，一般为5 0 0 ~ 2 0 0 0 μ m ，且此类产品的抗流挂性能十分优异，部分产品可以做到干膜1 0 0 0 μ m ，甚至2 0 0 0μ m 不流挂。但涂料供应商对产品的最大单次涂装厚度都有明确的要求，严重超出厚度要求将导致涂层中的溶剂滞留，涂装面漆后容易出现起泡等涂膜弊病，同时在火灾发生时也容易导致防火层早期失效。防火涂层厚度达不到设计标准则不能达到预期的耐火性能。

2）覆涂间隔。由于防火涂层的单层厚度较厚，溶剂挥发释放需要更长时间，防火涂层之间以及防火层与面漆层之间的覆涂间隔时间需要严格控制，控制不当会导致涂层起泡、层间脱落等弊病。

3）及时涂装面漆。部分防火层由于不具备良好的耐水及耐化学品性能，必须及时涂装面漆，防火涂层在涂装面漆前，需要避免受到积水、流水、雨水、冷凝水、露水、化学品等污染。

4）损伤修补。部分主机公司工艺流程中，防火涂料施工后还有车体焊接等工序，防火涂料的反应启动温度一般均在2 0 0 ℃ 以下，焊接部位需要评估对防火涂层的损伤，及时修补。同时在车架底部零部件安装过程中造成的磕碰伤需要修补面漆，防止水等物质渗入到防火涂层中。

3 . 2 环氧类膨胀型防火涂料的施工

环氧类膨胀型防火涂料均为双组分产品，由于无溶剂设计，产品黏度非常高，产品混合后使用寿命较短，以上特点决定了其要求使用特殊喷涂装置施工，主要使用的是带加热功能末端混合双组分泵，此产品施工需要重点注意以下几点。

1）配比准确。虽然设备使用前都预先设置好了正确的配比比例，但多个使用单位均反馈出现过配比失效的现象，导致防火涂层不能有效固化，需要返工处理。定期校准喷涂机的配比比例，施工过程中密切关注A 、B 组分的使用量十分重要。

2）雾化效果。环氧防火涂料黏度非常大，同时也要求具有很高的抗流挂性，导致产品流平性能很差，如果喷枪雾化效果差，将严重影响产品的外观。

3）厚度均一。由于产品施工难度较大，雾化均匀性差，喷枪沉重，很多现场施工的涂层厚度波动很大，最薄与最厚部位差异甚至达到2 ~ 3 倍，这不但浪费涂料，增加了车重，同时在火灾发生时由于内部应力的不均匀，容易导致防火涂层的脱落，不能达到预期效果。

3 . 3 水性超薄型防火涂料的施工

水性超薄型防火涂料的整体应用要求和溶剂型涂料基本相同，但对于施工过程控制的要求更加严格。

众所周知，水性涂料对施工环境的要求比溶剂型涂料更高，而水性防火涂料由于其单次施工厚度达到普通水性涂料的1 0 倍甚至更多，刚施工完的涂层中水含量极大，施工完毕后空气流通极为重要，通风不畅时，空气湿度将迅速增加且很快达到饱和，水挥发终止，涂层长时间不干。

水性防火涂料的贮存和运输都有温度要求，不能长时间在0 ℃ 以下运输贮存，长时间超过4 0 ℃ 贮存也将导致性能产生变化，一般要求使用空调来调节贮存间的温度。另外值得注意的是，如果喷涂后涂层没有强制烘干措施，在气温较低时，特别是北方冬季的夜晚，涂层内部的水将凝结成冰，导致涂层被破坏。

水性防火涂料涂覆间隔受温度和湿度的影响很大，在温湿度不可控的环境中，不能机械地套用某一经验数据来施工，一般建议强制干燥。涂层内部的水分不能完全挥发，后期重涂面漆将出现起泡、层间脱落现象。单次施工厚度超过最大推荐厚度时，容易出现针孔、开裂等现象。

4 展望

随着车辆轻量化指标的提高以及施工便利性的要求，轨道车辆防火方案将越来越多地选择膨胀型防火涂料。各方对于防火涂料的防火隔热能力、施工简便性、环保性能、厚度、车重等的要求也将越来越高，需要涂料生产单位、主机制造厂及车辆业主共同努力，进一步优化产品。

刘奉令1，周斌2（1 .中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲4 1 2 0 0 1 ；2 .佐敦涂料（张家港）有限公司，上海2 0 0 0 0 1）