CN110862708A - 一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其涂覆在车厢或方舱钢板（1）的外壁上，依次为防锈基体层（2）、高导热层（3）、隔热功能层（4）、防烧功能层（5）、防护面漆层（6）；所述高导热层（3）分为异性导热涂层（31）与碳纳米管涂层（32）；所述隔热功能层（4）由成膜物a、低导热系数填料、功能助剂组成；所述防烧功能层（5）由成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂组成。本发明结构在常规工况下，具有厚度薄、重量轻的特点；在火焰灼烧下，能快速进行发泡、碳化，发泡倍率为40～50倍，涂层结构致密、气孔率小、粘结强度高、不易脱落，防火隔热效果好，同时导热散热效果好，能有效延缓氧‑乙炔火焰的切割。

Description

一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层
技术领域
本发明涉及防火隔热技术领域，具体涉及一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层。
背景技术
在一些特种装备如特种车辆/方舱等，当其面临特殊环境时为防止内部设备或物品失窃，需要其车厢/方舱蒙皮具有防火焰切割功能，如防氧乙炔火焰切割等，特种车辆/方舱蒙皮通常采用钢板/装甲钢板等制造，并采用底漆与面漆的方式进行处理，为使其防火焰切割功能满足要求时需采用厚度更大的钢板，钢板厚度的增加将使整车/方舱的重量快速增加，从而使车辆的机动性能和运载能力等急剧降低，或使方舱的使用性能大幅降低，而蒙皮所使用的底漆与面漆通常用于腐蚀防护和外观处理，并不具备防切割功能。
发明内容
针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其常规状态下厚度非常薄、仅为几毫米，满足汽车车厢或方舱外壁涂层的要求；同时，其遇到火焰灼烧时，涂层将形成结构致密的多孔碳化层，阻隔热量传递，同时其碳化过程中吸收火焰热量。该涂层在局部温度过高位置能快速扩散热量、降低该位置的温度，达到延缓切割的作用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，涂覆在车厢或方舱钢板的外壁上，其特征在于：它在车厢或方舱钢板外壁上向外依次为防锈基体层、高导热层、隔热功能层、防烧功能层、防护面漆层；其中，所述高导热层为两层结构，靠近车厢或方舱钢板的内层为高导热的各向异性导热涂层、远离车厢或方舱钢板的外层为碳纳米管涂层；所述隔热功能层由成膜物a、低导热系数填料、功能助剂组成；所述防烧功能层由成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂组成。
进一步，所述防锈基体层的厚度为60～80μm，所述高导热层的厚度为1～1.5mm，所述隔热功能层的厚度为0.8～1mm，所述防烧功能层的厚度为0.6～1.8mm，所述防护面漆层的厚度为60～80μm。
上述结构中，防烧功能层在常规工况下的厚度仅为0.6～1.8mm，在外界火焰灼烧下，防烧功能层中的脱水剂、成碳剂、发泡剂迅速作用，实现高温膨胀碳化，形成致密的泡沫状碳化隔热层，从而阻隔热量传递，同时，碳化过程将剧烈吸收热量，减小热量向蒙皮传递的量值。
在防烧功能层受火焰灼烧膨胀碳化后，由于火焰气流的剧烈冲击将导致切割点碳化后涂层脱落、剥离，本发明结构通过隔热功能层与防烧功能层的组合，当切割位置碳化后的防烧功能层脱落、剥离后，此时隔热层将与火焰接触，由于隔热层为零烧蚀型耐高温隔热材料，其在隔绝热量的同时，延缓火焰切割速率。
高导热层为各向异性导热层，其在xy平面的热导系数可达（400～5000）W/（m．K），Z轴方向导热系数仅为（5～40）W/（m．K）。当热量传递至该层时，热量在 xy平面快速扩散，防止热量在受热点聚集的同时减小热量向下一功能层传递，降低切割点的温度，从而延缓火焰切割速率。该各向异性导热涂层可以为石墨烯涂层，其平面方向上的导热系数高达5000W/（m•K），而在轴向的导热系数比传统金属材料低；该各向异性导热层可以为石墨涂层，其平面方向导热系数为（400~2000）W/（m•K），轴向导热系数为（5~40）W/（m•K）。
该高导热层结构利用异性导热涂层的导热性能将传递至隔热功能层下的热量快速传递至切割点四周；同时，利用碳纳米管涂层作为隔热功能层、防烧功能层与车厢或方舱钢板、异性导热涂层之间的过渡层，碳纳米管涂层的纳米咬合粘附机制有效提高车厢或方舱钢板、异性导热涂层和隔热功能层、防烧功能层的结合强度。碳纳米管涂层还具有良好的柔韧性且排列疏松，有效降低防烧功能层发泡膨胀时对高导热层的冲击压力并且提供膨胀空间，使防烧功能层发泡膨胀更完全；同时，防烧功能层的的膨胀挤压力使碳纳米管涂层以及异性导热涂层排列更为致密、孔隙率更小，进一步延缓火焰切割速度。
进一步，为确保防火隔热层在潮湿条件下无起泡、无锈蚀，所述防护面漆层选用TB04-95单组份特种面漆。
进一步，为保证防火隔热层与钢板之间的结合附着力、对基体能起到较好的基础防护功能，所述防锈基体层为单组分环氧铁红防锈底漆。
进一步，所述异性导热涂层与所述碳纳米管涂层的厚度比为1:1.5～2；所述异性导热涂层材质为石墨烯或石墨中的任一种。
进一步，为保证防火效果好、防火效率高，所述成膜物b为酚醛改性环氧树脂，脱水剂为多聚磷铵，成碳剂为季戊四醇，发泡剂为三聚氰胺。
进一步，为确保防火功能层具有优异的性能、进而保证防火隔热效果，所述成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂的质量比为2~3:5~7:2.5~3.5:1~3。
进一步，所述成膜物a为有机硅改性环氧树脂；低导热系数填料为二氧化硅气凝胶、六晶须钛酸钾与陶瓷空心微珠的混合物，其质量比为5~7:3~5:4~6；功能助剂为海泡石纤维与玻璃纤维的混合物、其质量比为1~2:3~4。
进一步，所述成膜物a、低导热系数填料、功能助剂的质量比为18~22:29~31:1。
进一步，为防止防火隔热层出现鼓包，进而导致发泡碳化时出现气孔或孔隙率增大、影响防火隔热性能；所述隔热功能层与防烧功能层采用均分多次喷涂；即隔热功能层喷涂总厚度为N、分为M次喷涂，每次喷涂厚度为N/M；防烧功能层总厚度为S、分为L次喷涂，每次喷涂厚度为S/L；所述N为0.8～1mm、所述S为0.6～1.8mm且M不小于8、L不小于6。
本发明具有如下技术效果：
本发明在车厢或方舱蒙皮涂覆的防火焰切割涂层在常规工况下，具有厚度薄、重量轻、不影响车辆整体性能的特点；在火焰灼烧下，能快速形成结构致密的隔热层，同时剧烈吸收热量，防火切割效果好，同时本涂层能快速进行热量扩散，快速降低火焰切割点的温度，延缓氧-乙炔火焰的切割。本发明涂层还具有良好的防锈防腐蚀性能。
附图说明
图1为本发明实施例中防火焰切割涂层的结构示意图。
图2为本发明实施例1中防火焰切割效果图。
其中，1、车厢或方舱钢板；2、防锈基体层；3、高导热层；31、异性导热涂层；32、碳纳米管涂层；4、隔热功能层；5、防烧功能层；6、防护面漆层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
如图1所示，一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，涂覆在车厢或方舱钢板1的外壁上，其特征在于：它在车厢或方舱钢板1外壁上向外依次为防锈基体层2、其厚度为60μm，异性导热涂层31、其厚度为0.4mm，碳纳米管涂层、其厚度为0.6mm，隔热功能层4、其厚度为0.8mm，防烧功能层5、其厚度为0.6mm，防护面漆层6、其厚度为60μm；异性导热涂层31与碳纳米管涂层32组成高导热层3、其总厚度为1mm，异性导热涂层31材质为石墨烯。
所述隔热功能层4由成膜物a、低导热系数填料、功能助剂组成，其质量比为18:29:1；所述防烧功能层4由成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂组成，其质量比为2:5:2.5:1；其中，成膜物a为有机硅改性环氧树脂；低导热系数填料为二氧化硅气凝胶、六晶须钛酸钾与陶瓷空心微珠的混合物，其质量比为7:5:6；功能助剂为海泡石纤维与玻璃纤维的混合物、其质量比为2: 4；成膜物b为酚醛改性环氧树脂，脱水剂为多聚磷铵，成碳剂为季戊四醇，发泡剂为三聚氰胺；所述防护面漆层6选用TB04-95单组份特种面漆；所述防锈基体层2为单组分环氧铁红防锈底漆。
为防止防火隔热层出现鼓包，进而导致发泡碳化时出现气孔或孔隙率增大、影响防火隔热性能；所述隔热功能层4与防烧功能层5采用均分多次喷涂；即隔热功能层4喷涂总厚度为0.8mm、分为8次喷涂，每次喷涂厚度为0.1mm；防烧功能层5总厚度为0.6mm、分为6次喷涂，每次喷涂厚度为0.1mm。
所制得的防火隔热层可承受1000℃～1200℃高温1.0h以上，其发泡倍率为40倍且发泡碳化后的防烧功能层5粘结强度≥1.5MPa；防火隔热层整体与基体的附着力达到1级（GB/T1720-1979），经240h耐水性试验无起泡、无锈蚀；铅笔硬度达到“F”级，经360h的光老化试验达到“0”级（GB/T 1766-2008）；其耐水性和耐盐雾性均能达到500h以上。
采用4mm厚度的不锈钢板制造加工成平板样件，涂覆上述涂层结构，经氧-乙炔焰切割设备进行切割，2.5min后切割长度为14cm，计算得30min内切割长度为1.68m。4mm的该钢板仅喷涂防锈基体层和防护面漆层，在30min内切割长度为5.0m；仅喷涂防锈基体层和防护面漆层和传统的防烧功能层，在30min内切割长度为4.0m。
实施例2：
如图1所示一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，涂覆在车厢或方舱钢板1的外壁上，其特征在于：它在车厢或方舱钢板1外壁上向外依次为防锈基体层2、其厚度为80μm，异性导热涂层31、其厚度为0.5mm，碳纳米管涂层、其厚度为1mm，隔热功能层4、其厚度为1mm，防烧功能层5、其厚度为1.8mm，防护面漆层6、其厚度为80μm；异性导热涂层31与碳纳米管涂层32组成高导热层3、其总厚度为1.5mm，异性导热涂层31材质为石墨。
所述隔热功能层3由成膜物a、低导热系数填料、功能助剂组成，其质量比为22:31:1；所述防烧功能层4由成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂组成，其质量比为3: 7: 3.5:3；其中，成膜物a为有机硅改性环氧树脂；低导热系数填料为二氧化硅气凝胶、六晶须钛酸钾与陶瓷空心微珠的混合物，其质量比为5:3:4；功能助剂为海泡石纤维与玻璃纤维的混合物、其质量比为1:3；成膜物b为酚醛改性环氧树脂，脱水剂为多聚磷铵，成碳剂为季戊四醇，发泡剂为三聚氰胺；所述防护面漆层5选用TB04-95单组份特种面漆；所述防锈基体层2为单组分环氧铁红防锈底漆。
为防止防火隔热层出现鼓包，进而导致发泡碳化时出现气孔或孔隙率增大、影响防火隔热性能；所述隔热功能层4与防烧功能层5采用均分多次喷涂；即隔热功能层4喷涂总厚度为1mm、分为10次喷涂，每次喷涂厚度为0.1mm；防烧功能层5总厚度为1.8mm、分为10次喷涂，每次喷涂厚度为0.18mm。
所制得的防火隔热层可承受1000℃～1200℃高温1.5h以上，其发泡倍率为50倍且发泡碳化后的防烧功能层5粘结强度≥1.5MPa；防火隔热层整体与基体的附着力达到1级（GB/T1720-1979），经240h耐水性试验无起泡、无锈蚀；铅笔硬度达到“F”级，经360h的光老化试验达到“0”级（GB/T 1766-2008）；其耐水性和耐盐雾性均能达到500h以上。
采用4mm厚度的不锈钢板制造加工成平板样件，涂覆上述涂层结构，经氧-乙炔焰切割设备进行切割，2.5min后切割长度为13cm，计算得30min内切割长度为1.56m。4mm的该钢板仅喷涂防锈基体层和防护面漆层，在30min内切割长度为5.0m；仅喷涂防锈基体层和防护面漆层和传统的防烧功能层，在30min内切割长度为4.0m。

Claims (7)

1.一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，涂覆在车厢或方舱钢板（1）的外壁上，其特征在于：它在车厢或方舱钢板（1）外壁上向外依次为防锈基体层（2）、高导热层（3）、隔热功能层（4）、防烧功能层（5）、防护面漆层（6）；其中，所述高导热层为两层结构，靠近车厢或方舱钢板的内层为异性导热涂层（31）、远离车厢或方舱钢板的外层为碳纳米管涂层（32）；所述隔热功能层（4）由成膜物a、低导热系数填料、功能助剂组成；所述防烧功能层（5）由成膜物b、脱水剂、成碳剂、发泡剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述防护面漆层（6）可选用TB04-95单组份特种面漆。
3.根据权利要求2所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述防锈基体层（2）可为单组分环氧铁红防锈底漆。
4.根据权利要求3所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述异性导热涂层（31）与所述碳纳米管涂层（32）的厚度比为1:1.5～2；所述异性导热涂层（31）材质为石墨烯或石墨中的任一种。
5.根据权利要求4所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述成膜物b为酚醛改性环氧树脂，脱水剂为多聚磷铵，成碳剂为季戊四醇，发泡剂为三聚氰胺。
6.根据权利要求5所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述成膜物a为有机硅改性环氧树脂；低导热系数填料为二氧化硅气凝胶、六晶须钛酸钾与陶瓷空心微珠的混合物，其质量比为5~7:3~5:4~6；功能助剂为海泡石纤维与玻璃纤维的混合物、其质量比为1~2:3~4。
7.根据权利要求6所述的一种特种车厢或方舱用防火焰切割涂层，其特征在于：所述隔热功能层（4）与防烧功能层（5）采用均分多次喷涂；即隔热功能层（4）喷涂总厚度为N、分为M次喷涂，每次喷涂厚度为N/M；防烧功能层（5）总厚度为S、分为L次喷涂，每次喷涂厚度为S/L；所述N为0.8～1mm、所述S为0.6～1.8mm且M不小于8、L不小于6。
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