CN114619727A - 一种层状梯度复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种层状梯度复合材料及其制备方法与应用，涉及复合材料领域；所述层状梯度复合材料，包括：外层，所述外层包括第一钢板；中间层，所述中间层包括纳米微孔隔热毡；内层，所述内层包括第二钢板、涂覆于所述第二钢板表面的第一涂料层以及涂覆在第一涂料层表面的第二涂料层。旨在解决现有放喷防火墙耐火焰烧蚀性能不足，导致钢板表面氧化严重的问题。

Description

一种层状梯度复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本申请涉及复合材料领域，尤其涉及一种层状梯度复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
目前针对国内各大油田砖混结构放喷池不可重复利用，而产生较高的拆卸费用或后期维护费用，已有相关技术提出了关于移动式的放喷装置，可将其进行重复利用。但就目前而言，这些移动式的放喷装置的防火墙耐热性不足，有些在高温下使用43h后就会出现脱落现象，并且放喷装置的内壁也出现了高温氧化，因此在使用中不得不对其进行维护，但维护不仅工作量较大，费用也较高。
因此研发出一种耐高温性能更好的复合材料作为防火墙是当下亟需解决的问题。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种层状梯度复合材料及其制备方法与应用，旨在解决现有放喷防火墙耐火焰烧蚀性能不足，导致钢板表面氧化严重的问题。
为解决上述技术问题，本申请所提供的技术方案是这样的：一种层状梯度复合材料，包括：
外层，所述外层包括第一钢板；
中间层，所述中间层包括纳米微孔隔热毡；
内层，所述内层包括第二钢板、涂覆于所述第二钢板表面的第一涂料层以及涂覆在第一涂料层表面的第二涂料层。
作为本申请的一些可选实施方式，所述第一钢板为厚度3mm～4mm的碳素结构钢板。
作为本申请的一些可选实施方式，所述碳素结构钢板为Q235结构钢板或45#结构钢板。
作为本申请的一些可选实施方式，所述纳米微孔隔热毡的厚度为3mm～5mm。
作为本申请的一些可选实施方式所述第一涂料层为厚度0.5mm～1mm的金属过渡涂料。
作为本申请的一些可选实施方式，所述金属过渡涂料为ZS-1011金属过渡涂料。
作为本申请的一些可选实施方式，所述第二涂料层的厚度为2mm～3mm。
作为本申请的一些可选实施方式，所述第二涂料包括：
涂料成膜物，所述涂料成膜物包括硅酸盐无极溶液；
填料，所述填料包括纳米空心陶瓷微珠；
固体材料，所述固体材料包括硅酸铝纤维和热反射节能材料。
基于同样的发明思路，本申请还提供了一种如上所述层状梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：
在所述第二钢板的表面涂刷所述第一涂料，获得第一内层；
在所述第一内层的表面涂刷第二涂料，获得所述内层；
将所述纳米微孔隔热毡作为中间层；
将所述第一钢板作为外层；
采用槽钢对所述外层、所述中间层和所述内层进行包边处理，获得所述层状梯度复合材料。
基于同样的发明思路，本申请还提供了一种如上所述层状梯度复合材料的应用，即所述层状梯度复合材料应用于制造放喷防火墙。
相比于现有技术，本申请所述层状梯度复合材料采用“三明治”层状结构，即外层、中间层和内层，其中所述内层不仅包括第二钢板和涂覆于钢板表面的第一涂料层，还在所述第一涂料层的表面进一步涂刷了第二涂料层，使得内层的空气在受热后，不会产生热对流，降低了内层的导热系数，从而实现了所述层状梯度复合材料在高温条件下的隔热保温作用；另一方面，所述中间层选用了纳米微孔隔热毡，其耐热温度可达1100℃，从而实现了对外层钢板的充分隔热保护，并且由于纳米微孔隔热毡具有一定的结构强度，从而保证了在层状梯度复合材料适应应用于放喷防火墙时，提高所述放喷防火墙的结构稳定性和可重复使用性。由此可见，本申请所述“三明治”层状结构的层状梯度复合材料同时具有较佳的耐高温性能以及结构强度。
附图说明
图1为本申请所述层状梯度复合材料的三维结构示意图；
其中，1为外层，2为中间层，3为第二钢板，4为第一涂料层，5为第二涂料层。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前针对国内各大油田砖混结构放喷池不可重复利用，而产生较高的拆卸费用或后期维护费用，已有相关技术提出了关于移动式的放喷装置，可将其进行重复利用。但就目前而言，这些移动式的放喷装置的防火墙耐热性不足，有些在高温下使用43h后就会出现脱落现象，并且放喷装置的内壁也出现了高温氧化，因此在使用中不得不对其进行维护，但维护不仅工作量较大，费用也较高。
因此有人针对上述技术问题提出了另一种可实施方案，即在放喷装置的防火墙中添加耐高温不锈钢以及耐火石棉纤维，以提高其耐火隔热性能，但不锈钢作为易损件也是需要根据消耗情况进行拆卸更换的，维护工作量依然较大；同时石棉纤维是一级致癌物，如果采用石棉纤维作为隔热材料，这对操作者存在较大的职业健康风险。
基于此，本申请提出了一种层状梯度复合材料，包括：
外层，所述外层包括第一钢板；
中间层，所述中间层包括纳米微孔隔热毡；
内层，所述内层包括第二钢板、涂覆于所述第二钢板表面的第一涂料层以及涂覆在第一涂料层表面的第二涂料层。
如图1所示，本申请所述层状梯度复合材料的结构从下至上包括：外层1、中间层2、第二钢板3、第一涂料层4和第二涂料5。
相比于现有技术，本申请所述层状梯度复合材料采用“三明治”层状结构，即外层、中间层和内层，其中所述内层不仅包括第二钢板和涂覆于第二钢板表面的第一涂料层，还在所述第一涂料层的表面进一步涂刷了第二涂料层，使得内层的空气在受热后，不会产生热对流，降低了内层的导热系数，从而实现了所述层状梯度复合材料在高温条件下的隔热保温作用；另一方面，所述中间层选用了纳米微孔隔热毡，其耐热温度可达1100℃，从而实现了对外层钢板的充分隔热保护，并且由于纳米微孔隔热毡具有一定的结构强度，从而保证了在层状梯度复合材料适应应用于放喷防火墙时，提高所述放喷防火墙的结构稳定性和可重复使用性。由此可见，本申请所述“三明治”层状结构的层状梯度复合材料同时具有较佳的耐高温性能以及结构强度。
为了避免使用过程中出现频繁更换基材的情况，作为本申请的一些可选实施方式，所述第一钢板为厚度3mm～4mm的碳素结构钢板，如Q235结构钢板、45#结构钢板等碳素结构钢板。
为了保证所述防喷装置防火墙的耐热性，本申请在内层和外层之间设有中间层；作为本申请的一些可选实施方式，所述纳米微孔隔热毡的厚度为3mm～5mm。所述纳米微孔隔热毡耐热温度可达1100℃，以保证将其应用于制造防喷装置时，不易被粉化，并使其具有良好的热稳定性和抗震性能。
为了增加涂料层的附着力，本申请在将涂料涂敷于钢板表面之前，现在钢板的表面涂覆了一层第一涂料；作为本申请的一些可选实施方式，所述第一涂料层为厚度0.5mm～1mm的金属过渡涂料。由于所述层状梯度复合材料最终会应用于制造防喷装置防火墙，因此所述层状梯度复合材料的耐热性能很重要，因此为了进一步提高所述层状梯度复合材料的耐热性能，作为本申请的一些可选实施方式，所述金属过渡涂料耐温1800℃以上。作为本申请的一些可选实施方式，所述金属过渡涂料包括：ZS-1011金属过渡涂料。
为了保证层状梯度复合材料保温隔热性能，本申请对所述第二涂料层的厚度作为了限定，即作为本申请的一些可选实施方式，所述第二涂料层的厚度为2mm～3mm。
作为本申请的一些可选实施方式，所述第二涂料层包括：
涂料成膜物，所述涂料成膜物包括硅酸盐无极溶液；
填料，所述填料包括纳米空心陶瓷微珠；作为本申请的一些可选实施方式，所述纳米空心陶瓷微珠中α相空心陶瓷微珠的含量≥80％；
固体材料，所述固体材料包括硅酸铝纤维和热反射节能材料。
在本申请所述的第二涂料层组成中，选用特制的硅酸盐无机溶液作为涂料成膜物，填料选用纳米空心陶瓷微珠，硅酸铝纤维和热反射节能材料作为固体材料，涂料组成成分均为无机材料，α相空心陶瓷微珠含量达到了80％以上，而且其目数都在80目以上，这样的空心陶瓷微珠腔体内的空气在受热后，就不再产生热对流，并且陶瓷微珠和陶瓷微珠之间空气层在受热后也不再产生热对流；在物体有温差的情况下没有热对流，加上纯无机材料作为涂层的支撑，打造了涂料涂层就形成了以静态空气和无机材料组成的绝热屏蔽层，热反射节能材料作为辅助，涂料涂层的导热系数接近真空导热系数，导热系数低至0.03W/m.K。
在本申请一些可选实施方式中，所述层状梯度复合材料通过一下步骤制造获得：
在所述第二钢板的表面涂刷所述第一涂料，获得第一内层；
在所述第一内层的表面涂刷第二涂料，获得所述内层；
将所述纳米微孔隔热毡作为中间层；
将所述第一钢板作为外层；
采用槽钢对所述外层、所述中间层和所述内层进行包边处理，获得所述层状梯度复合材料。
其中，所述第一钢板厚度为3-4mm，所述纳米微孔隔热毡的厚度为3-5mm。所述槽钢包括：选用抗氧化温度达到1035℃的0Cr25Ni20耐热不锈钢(即典型成分％为:0.05C、0.70Si、0.95Mn、0.025P、0.006S、24.5Cr、19.3Ni的不锈钢)制作获得。
其中所述在第二钢板的表面依次涂刷第一涂料和第二涂料，获得内层的步骤，包括：
选用抗氧化温度≥700℃、厚度为2-3mm的第二钢板作为基板，对其进行清洁处理后，备用；
将上述第二钢板表面温度控制在10-60℃，并将环境温度控制在10℃以上，湿度小于60％，在通风干燥条件下，选用耐高温金属过渡涂料均匀涂刷在基板表面，然后固化2h以上，获得第一内层；
再在环境温度≥5℃、通风干燥条件下，分批次在所述第一内层的表面喷涂总厚度为2-3mm的第二涂料，在70℃下进行自然固化、干燥，获得内层。
其中，所述第二钢板可以为0Cr13Al、0Cr23Ni13或1Cr18Ni9Ti等耐热钢板。
其中，上述耐高温金属过渡涂料可耐温1800℃，可选用型号为ZS-1011的金属过渡涂料。所述第二涂料可耐温800-2000℃，可选用型号为ZS-1。为保证保温效果，所述第二涂料在喷涂时分批次进行，如每次喷涂的厚度为0.5-1mm。
基于同样的发明思路，本申请还提供了一种如上所述层状梯度复合材料的应用，即所述层状梯度复合材料应用于制造放喷防火墙。
将所述层状梯度复合材料用于制造放喷防火墙，可以实现其在高温下的隔热保温、防火防裂、阻燃绝缘等性能要求，并且由于其结构强度较大，因此可以做鱼移动式防喷装置防火墙，即在对人体无害的前提下，实现最大程度的重复利用。
下面结合具体实施方式，对本申请所述技术方案进行详细说明：
实施例1
将抗氧化温度在700-800℃、厚度在2mm的0Cr13Al耐热钢板作为第二钢板，并对所述第二钢板表面进行除锈除油脱脂清洁处理后，将其表面温度控制在10-60℃，备用；
将环境温度控制在10℃以下，湿度小于60％，通风干燥条件下，将ZS-1011耐高温金属过渡涂料采用喷涂、刷涂或滚涂等方式均匀涂刷在上述第二钢板表面后，固化至少2h，获得第一内层；
将所述第一内层表面采用刷涂、滚涂、抹子或无气高压喷涂的方式，分批次涂刷ZS-1耐高温隔热第二涂料，每次涂刷厚度为0.5-1mm，总厚度为2-3mm，在70℃下自然固化、干燥后，获得内层；
选取厚度为3mm的45#结构钢板作为外层，备用；
选取厚度为3mm的纳米微孔隔热毡作为中间层，备用；
将上述外层、中间层、内层组装成如图1所示“三明治”结构的层状梯度复合材料材，并选用抗氧化温度达到1035℃的0Cr25Ni20，制作耐热槽钢，对上述“三明治”结构的层状梯度复合材料材进行包边处理，即得的层状梯度复合材料。
实施例2
将抗氧化温度在980℃、厚度在3mm的0Cr23Ni13耐热钢板作为第二钢板，并对所述第二钢板表面进行除锈除油脱脂清洁处理后，将其表面温度控制在10-60℃，备用；
将环境温度控制在10℃以下，湿度小于60％，通风干燥条件下，将ZS-1011耐高温金属过渡涂料采用喷涂、刷涂或滚涂等方式均匀涂刷在上述第二钢板表面后，固化至少2h，获得第一内层；
将所述第一内层表面采用刷涂、滚涂、抹子或无气高压喷涂的方式，分批次涂刷ZS-1耐高温隔热第二涂料，每次涂刷厚度为0.5-1mm，总厚度为2-3mm，在70℃下自然固化、干燥后，获得内层；
选取厚度为4mm的Q235结构钢板作为外层，备用；
选取厚度为4mm的纳米微孔隔热毡作为中间层，备用；
将上述外层、中间层、内层组装成如图1所示“三明治”结构的层状梯度复合材料材，并选用抗氧化温度达到1035℃的0Cr25Ni20，制作耐热槽钢，对上述“三明治”结构的层状梯度复合材料材进行包边处理，即得的层状梯度复合材料。
实施例3
将抗氧化温度在870℃、厚度在2.5mm的1Cr18Ni9Ti耐热钢板作为第二钢板，并对所述第二钢板表面进行除锈除油脱脂清洁处理后，将其表面温度控制在10-60℃，备用；
将环境温度控制在10℃以下，湿度小于60％，通风干燥条件下，将ZS-1011耐高温金属过渡涂料采用喷涂、刷涂或滚涂等方式均匀涂刷在上述第二钢板表面后，固化至少2h，获得第一内层；
将所述第一内层表面采用刷涂、滚涂、抹子或无气高压喷涂的方式，分批次涂刷ZS-1耐高温隔热第二涂料，每次涂刷厚度为0.5-1mm，总厚度为2-3mm，在70℃下自然固化、干燥后，获得内层；
选取厚度为3.5mm的45#结构钢板作为外层，备用；
选取厚度为5mm的纳米微孔隔热毡作为中间层，备用；
将上述外层、中间层、内层组装成如图1所示“三明治”结构的层状梯度复合材料材，并选用抗氧化温度达到1035℃的0Cr25Ni20，制作耐热槽钢，对上述“三明治”结构的层状梯度复合材料材进行包边处理，即得的层状梯度复合材料。
本申请所述层状梯度复合材料采用“三明治”层状结构，即外层、中间层和内层，其中所述内层不仅包括第二钢板和涂覆于第二钢板表面的第一涂料层，还在所述第一涂料层的表面进一步涂刷了第二涂料层，使得内层的空气在受热后，不会产生热对流，降低了内层的导热系数，从而实现了所述层状梯度复合材料在高温条件下的隔热保温作用；另一方面，所述中间层选用了纳米微孔隔热毡，其耐热温度可达1100℃，从而实现了对外层钢板的充分隔热保护，并且由于纳米微孔隔热毡具有一定的结构强度，从而保证了在层状梯度复合材料适应应用于放喷防火墙时，提高所述放喷防火墙的结构稳定性和可重复使用性。由此可见，本申请所述“三明治”层状结构的层状梯度复合材料同时具有较佳的耐高温性能以及结构强度。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种层状梯度复合材料，其特征在于，包括：
外层，所述外层包括第一钢板；
中间层，所述中间层包括纳米微孔隔热毡；
内层，所述内层包括第二钢板、涂覆于所述第二钢板表面的第一涂料层以及涂覆在第一涂料层表面的第二涂料层。
2.根据权利要求1所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述第一钢板为厚度3mm～4mm的碳素结构钢板。
3.根据权利要求2所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述碳素结构钢板为Q235结构钢板或45#结构钢板。
4.根据权利要求1所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述纳米微孔隔热毡的厚度为3mm～5mm。
5.根据权利要求1所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述第一涂料层为厚度0.5mm～1mm的金属过渡涂料。
6.根据权利要求5所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述金属过渡涂料为ZS-1011金属过渡涂料。
7.根据权利要求1所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述第二涂料层的厚度为2mm～3mm。
8.根据权利要求7所述层状梯度复合材料，其特征在于，所述第二涂料包括：
涂料成膜物，所述涂料成膜物包括硅酸盐无极溶液；
填料，所述填料包括纳米空心陶瓷微珠；
固体材料，所述固体材料包括硅酸铝纤维和热反射节能材料。
9.一种如权利要求1-8任一项所述层状梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述第二钢板的表面涂刷所述第一涂料，获得第一内层；
在所述第一内层的表面涂刷第二涂料，获得所述内层；
将所述纳米微孔隔热毡作为中间层；
将所述第一钢板作为外层；
采用槽钢对所述外层、所述中间层和所述内层进行包边处理，获得所述层状梯度复合材料。
10.一种如权利要求1-9任一项所述层状梯度复合材料的应用，其特征在于，所述层状梯度复合材料应用于制造放喷防火墙。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106313653A (zh) * 2016-08-19 2017-01-11 苏州禾盛新型材料股份有限公司 隔热pcm彩色涂层钢板
CN109059552A (zh) * 2018-06-02 2018-12-21 安徽芜湖海螺建筑安装工程有限责任公司 一种降低水泥回转窑过渡带筒体温度的方法

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