CN113650394B - 用于消防特种车辆的复合材料层状结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特种车辆技术领域，尤其涉及一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，包括底层、次层以及表层，所述底层为丁腈橡胶‑酚醛树脂粘结剂层，所述次层为丙烯酸基阻尼材料层，所述表层为隔热防腐层。本发明的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温等性能，能够适用于消防特种车辆的严苛的使用环境，提高消防特种车辆的防护性能和使用寿命，并且具有阻尼降噪功能，能够降低消防特种车辆驾驶室的噪音，有效改善消防特种车辆的乘坐的舒适性。

Description

用于消防特种车辆的复合材料层状结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及特种车辆技术领域，尤其涉及一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构及其制备方法。
背景技术
消防特种车辆主要是指装备有水罐、泡沫液罐的灭火类消防车；装备有冲洗、中和、消毒化学药品设施的洗消消防车；用于处置化学灾害事故的化学救援消防车等。消防特种车辆通常需要快速调动救援，因此一般需要配备大功率发动机，这类发动机振动噪音大，影响消防官兵和乘坐人员听力，并对救援对象的情况造成干扰。发动机舱是消防特种车辆主要的噪音来源，因此，需要对发动机舱做减振降噪处理，改善乘坐环境的噪音污染问题。
消防特种车辆通常需要在各种苛刻环境温度下运行，因此，发动机舱周围设置的防护材料也会受到苛刻环境温度的影响。在消防灭火救援过程中，洗消剂、灭火剂、稀释后酸碱溶剂等化学药品也会偶尔溅射到发动机舱部位，对发动机舱防护材料造成腐蚀。而且消防车辆发动机舱部位难免会接触汽油、柴油或者发动机油等，这类化合物也会对发动机舱防护材料形成侵蚀作用。此外，发动机舱周围温度通常较高，因此，防护材料也需要承受一定的高温。
目前，对特种消防车辆发动机舱和靠近发动机舱驾驶室的防护降噪主要是喷涂多层油性漆后覆盖隔热棉。这种油性漆通常功能单一，耐腐蚀性能一般，并且不具备阻尼降噪功能。而隔热棉虽然具有隔热和减振降噪功能，但耐油性差，容易脱落，降噪效果一般，并且对消防车接触的化学药剂，如洗消剂、灭火剂等的侵蚀缺少防护作用。
因此，需要开发一种应用于消防特种车辆的防腐隔热阻尼降噪材料，兼具防腐、耐化学药品、耐苛刻环境、阻尼降噪等多项功能要求，改善目前油性漆加隔热棉的防腐降噪和隔热处理方式，提高消防特种车辆的防护性能和使用寿命，降低噪音，改善消防特种车辆的乘坐的舒适性。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，该复合材料层状结构兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温等性能，并且具有阻尼降噪功能，能够降低消防特种车辆驾驶室的噪音。
本发明的另一目的在于提供一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，该制备方法工艺过程简单，可操作性强，通过上述制备方法制成的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温等性能，并且具有阻尼降噪功能，能够降低消防特种车辆驾驶室的噪音，通过上述制备方法制成的复合材料层状结构与发动机舱周围基材的结合稳定性高，粘结强度高，不易脱落。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，包括底层、次层以及表层，所述底层为丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，所述次层为丙烯酸基阻尼材料层，所述表层为隔热防腐层。
具体地，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层为以丁腈橡胶-酚醛树脂为主要原料的粘结剂层，所述丙烯酸基阻尼材料层为宽温域(—50～+100℃)水性丙烯酸基阻尼材料。
所述丙烯酸基阻尼材料层通过丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层附着于发动机舱基材，所述隔热防腐层附着于丙烯酸基阻尼材料层。所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层综合了酚醛树脂与丁腈橡胶的性能优点，具有优异的抗剥离性能和抗剪切性能，具有良好的抗蠕变性能和耐溶剂、耐油、耐水性能。丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂与发动机舱及周围的主体材料，如金属、塑料和橡胶等均有良好的粘结强度，能够将发动机舱基材和复合材料层状结构牢固结合而不会出现脱落，并且丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂具有优异的耐高低温性能；所述丙烯酸基阻尼材料耐酸碱、耐盐雾性能强，阻尼性能长久稳定，所述丙烯酸基阻尼材料层为复合材料层状结构中起到发动机舱减震降噪作用的主体，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂与丙烯酸基阻尼材料层的结合牢固，同时丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂也具有一定的阻尼减震作用，对发动机舱及周围形成了初步的降噪保护作用，与丙烯酸基阻尼材料层组合进一步提高复合材料层状结构的降噪保护作用。
本发明的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温等性能，能够适用于消防特种车辆的严苛的使用环境，提高消防特种车辆的防护性能和使用寿命，并且具有阻尼降噪功能，能够降低消防特种车辆驾驶室的噪音，有效改善消防特种车辆的乘坐的舒适性。
进一步地，所述隔热防腐层采用隔热耐腐蚀涂料制成，所述隔热耐腐蚀涂料以丙烯酸树脂为基体，填充有中空陶瓷微球和耐酸碱的无机纳米颗粒。更进一步的，所述隔热耐腐蚀涂料中，所述中空陶瓷微球的含量优选为9-14wt％，所述无机纳米颗粒的含量优选为5-11wt％。所述无机纳米颗粒优选但不限于为碳酸钙、滑石粉、云母粉、钛白粉中的至少一种。
所述中空陶瓷微球以及无机纳米颗粒均具有高的比表面积和低的导热特性，通过上述方式制成的隔热耐腐蚀涂料具有良好的隔热、耐腐蚀性能，能够有效地减少发动机产生的热能向发动机舱及周围传递和聚集，保护发动机舱及周围的部件，并有效降低靠近发动机舱的驾驶室内的温度，起到高效隔热的作用。
进一步的，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层优选但不限于采用德国汉高的TEROSON SB PL605-4胶。
进一步地，所述底层的厚度为0.6～0.8mm，所述次层的厚度为2～3mm，所述表层的厚度为0.3～0.5mm。
通过限制底层、次层以及表层的厚度，使复合材料层状结构与发动机舱基材牢固结合，兼具优异的防腐隔热、耐化学药品、耐高温、阻尼降噪等特性的同时防止复合材料层状结构过厚过重，避免提高复合材料层状结构的实施对空间的要求以及增加消防特种车辆的装载负担。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，包括如下步骤：
S1：将发动机舱基材的待喷涂部位表面的灰尘等污物清理干净；
S2：对待喷涂部位的金属基材进行喷砂打磨，然后去除待喷涂部位的金属基材以及非金属基材的表面油污；
S3：将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于去除表面油污后的金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层；
S4：对步骤S3得到的复合涂层进行烘烤固化；
S5：烘烤固化完成后，放置10-14小时，使烘烤固化后残留的小分子完全挥发，再将隔热防腐层喷涂于所述复合涂层，所述隔热防腐层完全固化后，即可得到用于消防特种车辆的复合材料层状结构。
上述用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法工艺过程简单，可操作性强，通过上述制备方法制成的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温、阻尼降噪等性能，能够适用于消防特种车辆的严苛的使用环境，通过上述制备方法制成的复合材料层状结构与发动机舱周围基材的结合稳定性高，粘结强度高，不易脱落。
进一步地，所述步骤S2中使用无水三氯乙烯去除金属基材的表面油污，使用无水乙醇去除非金属基材的表面油污。
无水三氯乙烯对金属基材不具有腐蚀作用，无水三氯乙烯以及无水乙醇对基材具有彻底的脱脂效果，并且快速挥发，不影响后续工序的进行。
进一步地，所述步骤S3中，将压缩空气接入喷枪，喷枪压力调整为0.8～1.0MPa，将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层；再将压缩空气压力调整为0.5～0.7MPa，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层。
通过压缩空气辅助喷涂施工，借助压缩空气的气流把丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂以及丙烯酸基阻尼材料雾化成雾状，相较于手工刷涂，通过压缩空气辅助喷涂施工得到复合涂层更均匀、更光滑以及更美观，并且通过压缩空气辅助喷涂施工的效率高,能够缩短制备工期。本发明的底层、次层以及表层各层附着力强，不易脱落，且与发动机舱基材牢固结合。
进一步地，所述步骤S4中烘烤温度为150～180℃，烘烤时间为60～70min，烘烤时利用压缩空气施压，压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。
通过严格控制烘烤的温度和时间，烘烤时利用压缩空气施压，使底层和次层完全固化，防止底层和次层出现脱落的现象。
进一步地，所述步骤S5中表面层采用常温固化，固化时间为24小时。
本发明的有益效果在于：本发明的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温等性能，能够适用于消防特种车辆的严苛的使用环境，提高消防特种车辆的防护性能和使用寿命，并且具有阻尼降噪功能，能够降低消防特种车辆驾驶室的噪音，有效改善消防特种车辆的乘坐的舒适性。
本发明的用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法工艺过程简单，可操作性强，通过上述制备方法制成的用于消防特种车辆的复合材料层状结构，兼具防腐隔热、耐化学药品、耐高温、阻尼降噪等性能，能够适用于消防特种车辆的严苛的使用环境，通过上述制备方法制成的复合材料层状结构与发动机舱周围基材的结合稳定性高，粘结强度高，不易脱落。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图标记为：1—发动机舱基材；2—底层；3—次层；4—表层。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
本实施例中，一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，包括由上至下依次设置的底层2、次层3以及表层4，所述底层2为丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，所述次层3为丙烯酸基阻尼材料层，所述表层4为隔热防腐层。
具体地，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层为以丁腈橡胶-酚醛树脂为主要原料的粘结剂层，所述丙烯酸基阻尼材料层为宽温域(—50～+100℃)水性丙烯酸基阻尼材料。
进一步地，所述隔热防腐层采用隔热耐腐蚀涂料制成，所述隔热耐腐蚀涂料以丙烯酸树脂为基体，填充有中空陶瓷微球和耐酸碱的无机纳米颗粒。
进一步地，所述底层2的厚度为0.6mm，所述次层3的厚度为2mm，所述表层4的厚度为0.3mm。
一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，包括如下步骤：
S1：将发动机舱基材1的待喷涂部位表面的灰尘等污物清理干净；
S2：对待喷涂部位的金属基材进行喷砂打磨，然后去除待喷涂部位的金属基材以及非金属基材的表面油污；
S3：将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于去除表面油污后的金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层；
S4：对步骤S3得到的复合涂层进行烘烤固化；
S5：烘烤固化完成后，放置10小时，使烘烤固化后残留的小分子完全挥发，再将隔热防腐层喷涂于所述复合涂层，所述隔热防腐层完全固化后，即可得到用于消防特种车辆的复合材料层状结构。
进一步地，所述步骤S2中使用无水三氯乙烯去除金属基材的表面油污，使用无水乙醇去除非金属基材的表面油污。
进一步地，所述步骤S3中，将压缩空气接入喷枪，喷枪压力调整为0.8～1.0MPa，将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层；再将压缩空气压力调整为0.5～0.7MPa，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层。
进一步地，所述步骤S4中烘烤温度为150℃，烘烤时间为60min，烘烤时利用压缩空气施压，压缩空气的压力为0.6MPa。
进一步地，所述步骤S5中表面层采用常温固化，固化时间为24小时。
实施例2
本实施例中，一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，包括底层2、次层3以及表层4，所述底层2为丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，所述次层3为丙烯酸基阻尼材料层，所述表层4为隔热防腐层。
具体地，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层为以丁腈橡胶-酚醛树脂为主要原料的粘结剂层，所述丙烯酸基阻尼材料层为宽温域(—50～+100℃)水性丙烯酸基阻尼材料。
进一步地，所述隔热防腐层采用隔热耐腐蚀涂料制成，所述隔热耐腐蚀涂料以丙烯酸树脂为基体，填充有中空陶瓷微球和耐酸碱的无机纳米颗粒。
进一步地，所述底层2的厚度为0.7mm，所述次层3的厚度为2.5mm，所述表层4的厚度为0.4mm。
一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，包括如下步骤：
S1：将发动机舱基材1的待喷涂部位表面的灰尘等污物清理干净；
S2：对待喷涂部位的金属基材进行喷砂打磨，然后去除待喷涂部位的金属基材以及非金属基材的表面油污；
S3：将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于去除表面油污后的金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层；
S4：对步骤S3得到的复合涂层进行烘烤固化；
S5：烘烤固化完成后，放置12小时，使烘烤固化后残留的小分子完全挥发，再将隔热防腐层喷涂于所述复合涂层，所述隔热防腐层完全固化后，即可得到用于消防特种车辆的复合材料层状结构。
进一步地，所述步骤S2中使用无水三氯乙烯去除金属基材的表面油污，使用无水乙醇去除非金属基材的表面油污。
进一步地，所述步骤S3中，将压缩空气接入喷枪，喷枪压力调整为0.8～1.0MPa，将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层；再将压缩空气压力调整为0.5～0.7MPa，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层。
进一步地，所述步骤S4中烘烤温度为165℃，烘烤时间为65min，烘烤时利用压缩空气施压，压缩空气的压力为0.7MPa。
进一步地，所述步骤S5中表面层采用常温固化，固化时间为24小时。
实施例3
本实施例中，一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，包括底层2、次层3以及表层4，所述底层2为丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，所述次层3为丙烯酸基阻尼材料层，所述表层4为隔热防腐层。
具体地，所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层为以丁腈橡胶-酚醛树脂为主要原料的粘结剂层，所述丙烯酸基阻尼材料层为宽温域(—50～+100℃)水性丙烯酸基阻尼材料。
进一步地，所述隔热防腐层采用隔热耐腐蚀涂料制成，所述隔热耐腐蚀涂料以丙烯酸树脂为基体，填充有中空陶瓷微球和耐酸碱的无机纳米颗粒。
进一步地，所述底层2的厚度为0.8mm，所述次层3的厚度为3mm，所述表层4的厚度为0.5mm。
一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，包括如下步骤：
S1：将发动机舱基材1的待喷涂部位表面的灰尘等污物清理干净；
S2：对待喷涂部位的金属基材进行喷砂打磨，然后去除待喷涂部位的金属基材以及非金属基材的表面油污；
S3：将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于去除表面油污后的金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层；
S4：对步骤S3得到的复合涂层进行烘烤固化；
S5：烘烤固化完成后，放置14小时，使烘烤固化后残留的小分子完全挥发，再将隔热防腐层喷涂于所述复合涂层，所述隔热防腐层完全固化后，即可得到用于消防特种车辆的复合材料层状结构。
进一步地，所述步骤S2中使用无水三氯乙烯去除金属基材的表面油污，使用无水乙醇去除非金属基材的表面油污。
进一步地，所述步骤S3中，将压缩空气接入喷枪，喷枪压力调整为0.8～1.0MPa，将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层；再将压缩空气压力调整为0.5～0.7MPa，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层。
进一步地，所述步骤S4中烘烤温度为180℃，烘烤时间为70min，烘烤时利用压缩空气施压，压缩空气的压力为0.8MPa。
进一步地，所述步骤S5中表面层采用常温固化，固化时间为24小时。
本发明实施例1-3中制得的用于消防特种车辆的复合材料层状结构的性能对比如下表：
其中，上表第1～11项测试项目通过样板测试验证，样板的基体采用与发动机舱周围基材一样的材质，包含金属与非金属材料，按照本发明的制备方法于基体上施工制得样板用于测试；上表第12项噪音测试则是按照本发明的制备方法将复合材料层状结构加工于特种消防车的发动机舱部位后进行；上表第13项冷热交替下噪音测试为模拟本方案材料在车辆经历苛刻环境后的阻尼降噪效果，进行了仿照特种消防车俩在实际使用以及极限环境温度变化后的噪音测试，即冷热交替处理后的降噪测试，该测试过程是先将发动机舱周围部件拆解后按照本发明的制备方法分别将复合材料层状结构加工于各部件，再将附着有复合材料层状结构的各部件进行冷热交替循环试验，最后将各部件组装后测试噪音。
由上表可知，使用本发明实施例1～3的复合材料层状结构制成的样板经1000h的中性盐雾试验后，无起泡、开裂、脱落现象，将样板的复合材料层状结构划开后显露的样本的金属基体锈蚀不明显；样板经酸碱溶液浸泡24h试验后，无鼓包、开裂、脱层现象；样板在常用的A类泡沫灭火剂、专用人体化学污染洗消剂、地面、装备洗消剂、92号汽油、发动机油以及0号柴油中浸泡24h后，无鼓包、开裂、脱层和过度软化现象；样板在耐低温冲击测试后，无裂纹和脱层现象；样板在—42～80℃冷热交替处理240个小时后，无起泡、无脱落，无开裂现象；噪音测试结果显示，实施后靠近发动机舱的驾驶室声音相对于实施前明显下降，并且在—42～80℃冷热交替处理240个小时后，本发明的复合材料层状结构的阻尼降噪效果仍然能保持良好，相较于目前的油性漆加隔热棉的处理方式，通过本发明制得的复合材料层状结构的耐化学试剂以及耐油性能明显提高，有效地改善了消防特种车辆的防护性能和乘坐的舒适性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构，其特征在于：由下至上依次设置的底层、次层以及表层组成，所述底层为丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，所述次层为丙烯酸基阻尼材料层，所述丙烯酸基阻尼材料层为宽温域—50～+100℃水性丙烯酸基阻尼材料；所述表层为隔热防腐层；所述隔热防腐层采用隔热耐腐蚀涂料制成，所述隔热耐腐蚀涂料以丙烯酸树脂为基体，填充有中空陶瓷微球和耐酸碱的无机纳米颗粒；
所述底层的厚度为0.6～0.8mm，所述次层的厚度为2～3mm，所述表层的厚度为0.3～0.5mm。
2.权利要求1所述的一种用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，包括如下步骤：
S1：将发动机舱基材的待喷涂部位表面的灰尘等污物清理干净；
S2：对待喷涂部位的金属基材进行喷砂打磨，然后去除待喷涂部位的金属基材以及非金属基材的表面油污；
S3：将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于去除表面油污后的金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层；
S4：对步骤S3得到的复合涂层进行烘烤固化；
S5：烘烤固化完成后，放置，使烘烤固化后残留的小分子完全挥发，再将隔热防腐层喷涂于所述复合涂层，所述隔热防腐层完全固化后，即可得到用于消防特种车辆的复合材料层状结构。
3.根据权利要求2所述的用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中使用无水三氯乙烯去除金属基材的表面油污，使用无水乙醇去除非金属基材的表面油污。
4.根据权利要求2所述的用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，将压缩空气接入喷枪，喷枪压力调整为0.8～1.0MPa，将丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂均匀喷涂于金属基材以及非金属基材形成丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层；再将压缩空气压力调整为0.5～0.7MPa，将丙烯酸基阻尼材料均匀喷涂于所述丁腈橡胶-酚醛树脂粘结剂层得到复合涂层。
5.根据权利要求2所述的用于消防特种车辆的复合材料层状结构的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中烘烤温度为150～180℃，烘烤时间为60～70min，烘烤时利用压缩空气施压，压缩空气的压力为0.6～0.8MPa。
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