包秀远，齐一衡，唐燕青，姜佳磊，仇鹏
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266580
由于动车行李架内高外低的坡度设置，雨雪天气下带水的行李箱往往会导致行李架上形成积水，影响后续安放行李的乘客的乘车体验。在此，本文用一种新型的具有双面性的防火布对动车行李架表面进行改良，可以做到有效快速清除行李架积水。
防火布由玻璃纤维丝编织而成，表面刷有防火涂料，这些涂料导致了防火布表面疏水。我们考虑对两面疏水的防火布的其中一面进行亲水性加工，使防火布的一面亲水，另一面维持原来的疏水特性。应用于动车行李架上时亲水的一面朝上吸收行李上的水滴并使水滴快速、均匀地分散开，加速水滴蒸发。应用于动车行李架上时疏水的一面朝下，疏水面可以防止水滴进一步渗入，影响蒸发速率和腐蚀行李架，保证水滴只在表面均匀扩散开而不渗入，蒸发速率最快。
我们需要水滴能够在加工处理后的防火布上均匀、快速散开，为了确定处理效果，找到合适的加工程度，我们需要测试水滴的散开半径和水滴的蒸发速率。
为了测试亲水性处理的程度对水滴在防火布扩散半径的影响，我们设计了以下两组实验：
第一次实验为物理加工对水滴在防火布扩散半径的影响实验，选取同一品种的防火布，用砂纸或砂轮机进行不同程度的打磨，磨掉两面疏水的防火布其中一面的表面疏水涂层。实验分为六组，第一组不进行打磨，第二组用粗砂纸打磨，第三组用粗、细砂纸先后进行打磨，第四至六组用砂轮机进行不同程度的打磨。打磨完毕后剪取15cm*15cm的防火布片，往玻璃布片上滴20mg的水滴，测量水滴在防火布表面散开之后的半径，分散半径越大，则蒸发速率越高，效果越好。实验结果记录如下：
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以上过程重复测量三次并且取正面、背面的平均水滴直径制成条形图如下：
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图1 物理加工对水滴在防火布扩散半径的影响规律
通过对比可以看出，物理打磨的方法对防火布的亲水性处理有一定的效果，物理打磨可以增大水滴在防火布上的分散直径，水滴扩散程度越大，表面积越大，蒸发越快。打磨程度越重，效果越好，在砂轮机打磨2遍的情况下水滴直径基本达到最大，基本达到了物理打磨方法改良的极限。继续进行打磨对提高水滴扩散程度没有太大帮助，反而容易损坏防火布。
第二次实验为化学加工对水滴在防火布扩散半径的影响实验，选取同一品种的已经经过充分物理打磨的防火布，剪取15cm*15cm的防火布片，用不同浓度的APTES硅氧烷亲水性交联试剂处理。实验分为5组进行，分别用清水、5%、10%、15%、20%亲水性交联试剂处理浸泡一小时并烘干1小时，往玻璃布片上滴20mg的水滴，测量水滴在防火布表面散开之后的半径，分散半径越大，则蒸发速率越高，效果越好。实验结果记录如下：
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以上过程重复测量三次并且取正面、背面的平均水滴直径制成条形图如下：
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图2化学处理对水滴在防火布扩散半径的影响曲线
通过对比可以看出，化学交联试剂的处理方法对防火布的亲水性处理有显著的效果，化学交联试剂的处理方法可以增大水滴在防火布上的分散直径，水滴扩散程度越大，表面积越大，蒸发越快。在试剂浓度不足时，试剂浓度越高，效果越好，在试剂浓度达到15%的情况下水滴直径达到最大，为亲水性试剂的最佳浓度。在这之后继续提高试剂浓度水滴直径反而有所下降，推测可能是发泡剂浓度过高阻碍了水滴在防火布表面的扩展。
为了验证水滴在处理过的材料上的蒸发速率是否有显著提升，我们设计了以下实验：
取三组防火布作为样品，分别为未经过加工处理的防火布、经过砂轮机打磨2遍的防火布、经过亲水性试剂浸泡、烘干处理的防火布，在同样的室温22℃，湿度70%的环境下，在玻璃布上滴上20mg水，用精密天平测量随着水滴的蒸发样品重量的变化，以此确定水滴在防火布表面扩散程度对蒸发速率的影响。
可以看出，经过处理的防火布上蒸发速率明显加快，用于动车行李架可以加速积水蒸发，改善乘客乘车体验。