CN114874686A - 防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空器用防火涂料及其制备方法。根据本发明实施例的防火涂料，以重量份数计，包括A组分100份和B组分0.5‑1.5份；以重量份数计，所述A组分包括粘结剂5‑10份、发气剂10‑20份、成炭剂15‑25份、酸源15‑25份、填料5‑10份、助剂1‑5份以及溶剂20‑30份；所述B组分包括固化剂。根据本发明实施例的防火涂料及其制备方法，得到的防火材料具有优异的防火性能。
Description
技术领域
本发明涉及防火涂料技术领域，特别涉及一种防火涂料及其制备方法。
背景技术
航空发动机是飞机的心脏，火灾一旦发生(航空器火灾属于典型的烃类火灾，特点是几十秒内火场温度超过1000℃)，会迅速造成结构件、功能件破坏失效，后果十分严重，历史上超过半数飞行中的火情造成了人员伤亡。虽然在航空发动机设计制造环节中采用了一定手段去避免这一悲剧的发生，但由于种种原因，航空发动机火灾所引起的飞行事故却仍然频繁发生，无论是美国，还是俄罗斯，包括我国都有惨痛的教训。
随着我国航空事业的发展，四代机发动机性能的提升，要求航空发动机专用防火涂料具备更高的性能：1)轻质、超薄、防火高效；2)防火涂层可长时间处于150℃；短时间处于180℃～215℃，防火性能不衰减；3)耐受100℃～125℃燃油和滑油防火性能不衰减；4)要求防火涂层有更优异的耐海洋环境、湿热环境性能和耐盐雾性能等。
现有的防火涂料难以满足新的需求。美国Flame Control公司研制的航空器膨胀防火涂料No.173，处于150℃、10h的燃烧环境后，防火性能衰减至0。无面漆经过燃油浸气后，会出现涂层软化、流淌等情况。荷兰AkzoNbel的Charterk系列、佐敦的Jotachar JF750等烃类火防火涂料，其缺点是涂层膨胀倍率低，要求很厚的涂层干膜(15mm以上)，不能满足飞机涂层薄、结构轻、高防火隔热性能的要求。国内烃类火防火涂料有不少院校、科研院所进行研究。但大多处于探索研制阶段，尚没有成功用于工程的实例。
因此，希望有一种新的防火涂料及其制备方法，能够克服上述问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种防火涂料及其制备方法，从而提高防火涂料的防火性能。
根据本发明的一方面，提供一种防火涂料，以重量份数计，包括A组分100份和B组分0.5-1.5份；以重量份数计，所述A组分包括粘结剂5-10份、发气剂10-20份、成炭剂15-25份、酸源15-25份、填料5-10份、助剂1-5份以及溶剂20-30份；所述B组分包括固化剂。
优选地，所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物；所述粘结剂为双酚A型环氧树脂；所述发气剂为改性三聚氰胺衍生物。
优选地，所述酸源包括选自聚磷酸铵、磷酸酯中的至少一种。
优选地，所述填料包括选自二氧化钛、碱土硅酸盐玻璃纤维、硼硅玻璃纤维、硅氧纤维、高岭土、二氧化硅中的至少一种。
优选地，所述助剂包括选自偶联剂、分散剂、流变剂、消泡剂、防水剂、增稠剂中的至少一种。
优选地，所述固化剂包括选自三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、间苯二胺、脂肪族改性多元胺、聚酰胺、多元硫醇中的至少一种。
优选地，所述溶剂包括选自二甲苯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二元酸酯、正丁醇中的至少一种。
优选地，所述发气剂为改性三聚氰胺衍生物；所述酸源为聚磷酸铵；所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物。
根据本发明的另一方面，提供一种防火涂料的制备方法，用于制备如前所述的防火涂料，包括以下步骤将所述溶剂和所述粘结剂混合，得到第一溶液；向所述第一溶液中加入所述发气剂、所述成炭剂、所述酸源、所述助剂和所述填料，得到所述A组分；以及混合所述A组分和所述B组分，得到所述防火涂料。
优选地，所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物；所述改性季戊四醇衍生物的制备方法包括以下步骤将季戊四醇、磷酸酯、硅烷表面改性剂接触，得到所述改性季戊四醇衍生物。
根据本发明实施例的防火涂料，具有高效的防火性能，防火涂料经过热油和/或浸泡后防火性能不衰减，可以长时间处于150℃条件下使用。
根据本发明实施例的防火涂料，具有良好的施工性能，可采用普通空气喷涂等方式进行施工。
根据本发明实例的防火涂料的制备方法，工艺简单、操作方便，便于工业化生产。
根据本发明实施例的防火涂料及其制备方法，填补了国内航空发动机专用高效防火涂料的研究空白，可满足航空发动机用高性能超薄膨胀型防火涂料的需求。
根据本发明实施例的防火涂料，发气剂为改性三聚氰胺衍生物，酸源为聚磷酸铵，成炭剂为改性季戊四醇衍生物，三者具有相近的分解温度，可以更好的发挥协同阻燃作用。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的防火涂料制备方法的方法流程图；
图2示出了根据本发明实施例的防火涂料进行防火性能测试后膨胀体的宏观形貌；
图3示出了根据本发明实施例的防火涂料经过燃油浸泡后的形貌；
图4示出了根据本发明实施例的防火涂料经过燃油浸泡后进行防火性能测试后膨胀体的形貌；
图5示出了根据本发明实施例的防火涂料经过滑油浸泡后的形貌；
图6示出了根据本发明实施例的防火涂料经过滑油浸泡后进行防火性能测试后膨胀体的形貌。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
根据本发明的一方面，提供一种防火涂料。根据本发明实施例的防火涂料包括A组分和B组分。以重量份数计，防火涂料包括A组分100份，B组分0.5-1.5份。以重量份数计，A组分包括粘结剂5-10份、发气剂10-20份、成炭剂15-25份、酸源15-25份、填料5-10份、助剂1-5份以及溶剂20-30份。B组分包括固化剂。固化剂例如为脂肪族多元胺加成物。根据本发明实施例的防火涂料例如为航空发动机用高性能超薄膨胀型防火涂料。
在本发明的可选实施例中，成炭剂为改性季戊四醇衍生物。可选地，改性季戊四醇衍生物为硅烷、磷酸酯改性季戊四醇。改性季戊四醇衍生物的热分解温度高于250℃，水溶解度低于2.5％。
在本发明的可选实施例中，粘结剂为双酚A型环氧树脂。双酚A型环氧树脂的环氧值小于0.1，软化点温度高于120℃。双酚A型环氧树脂本身具有较好的成炭性能，合适的熔融粘度。
在本发明的可选实施例中，发气剂为改性三聚氰胺衍生物。可选地，改性三聚氰胺衍生物的分解温度高于250℃，水溶性小，不吸潮。
在本发明的可选实施例中，酸源包括选自聚磷酸铵、磷酸酯中的至少一种。可选地，所选聚磷酸铵聚合度大于1000，分解温度高于250℃。
在本发明的可选实施例中，B组分(固化剂)包括脂肪族多元胺加成物，活泼H当量为101.5。可选地，以重量计，B组分为A组分的0.5％-1.5％。优选地，B组分为A组分的0.6％。
在本发明的可选实施例中，填料包括选自二氧化钛、碱土硅酸盐玻璃纤维、硼硅玻璃纤维、硅氧纤维、高岭土、二氧化硅中的至少一种。优选地，填料为二氧化钛、碱土硅酸盐玻璃纤维、硼硅玻璃纤维、硅氧纤维、高岭土、二氧化硅中两种或三种的混合。
在本发明的可选实施例中，助剂包括选自偶联剂、分散剂、流变剂、消泡剂、防水剂、增稠剂中的至少一种。优选地，助剂为偶联剂、分散剂、流变剂、消泡剂、防水剂、增稠剂中任意三种或四种以上的混合。
在本发明的可选实施例中，固化剂包括选自三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、间苯二胺、脂肪族改性多元胺、聚酰胺、多元硫醇中的至少一种。优选地，固化剂为三乙烯四胺、多乙烯多胺、间苯二胺、脂肪族改性多元胺、聚酰胺中一种或者两种的混合。
在本发明的可选实施例中，溶剂包括选自二甲苯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二元酸酯、正丁醇中的至少一种。优选地，溶剂为二甲苯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二元酸酯、正丁醇中两种或者三种的混合。
在本发明的可选实施例中，发气剂为改性三聚氰胺衍生物，酸源为聚磷酸铵，成炭剂为改性季戊四醇衍生物，三者具有相似的分解温度，可以更好的发挥协同阻燃效果。
上述实施例中提供的防火涂料，具有良好的防火性能，经过100℃-125℃燃油和滑油后，防火性能不衰减，可以长时间处于150℃条件下使用，能够满足航空发动机用高性能超薄膨胀型防火涂料的高效防火性能需求。
根据本发明的另一方面，提供一种防火涂料的制备方法，用于制备如上所述的防火涂料。图1示出了根据本发明实施例的防火涂料制备方法的方法流程图。如图1所示，根据本发明实施例的防火涂料的制备方法包括以下步骤：
步骤S101：将溶剂和粘结剂混合，得到第一溶液；
将溶剂和粘结剂混合，得到第一溶液。例如将溶剂和粘结剂加入高速搅拌器中制备成澄清溶液(第一溶液)。
步骤S102：向第一溶液中加入发气剂、成炭剂、酸源、助剂和填料，得到A组分；
向第一溶液中加入发气剂、成炭剂、酸源、助剂和填料，得到A组分。例如在搅拌状态下，向澄清溶液(第一溶液)中依次加入发气剂、成炭剂、酸源、助剂和填料，充分混合均匀，得到膨胀型防火涂料A组分。
步骤S103：混合A组分和B组分，得到防火涂料。
混合A组分和B组分，得到防火涂料。例如将A组分和B组分充分混合均匀，得到如本申请所述的防火涂料。
在本发明的可选实施例中，成炭剂为改性季戊四醇衍生物。所述改性季戊四醇衍生物的制备包括以下步骤：
将季戊四醇、磷酸酯、表面改性剂接触，得到改性季戊四醇衍生物。优选地，表面改性剂为硅烷表面改性剂。
在本发明的可选实施例中，改性季戊四醇衍生物的制备方法包括：首先，将季戊四醇、磷酸酯加入反应釜中制的季戊四醇磷酸酯，然后将一定量的季戊四醇磷酸酯加入连续粉体表面改性机反应釜中，经与自动计量和连续给入的表面改性剂接触后得到改性季戊四醇衍生物。优选地，采用的改性剂为硅烷表面改性剂。使用上述方法制得的改性季戊四醇衍生物，产品粒径均一、表面包覆均匀，包覆率高。
根据上述实施例提供的制备方法，A组分和B组分混合均匀得到的防火涂料，具有高效的防火性能，能够满足航空发动机用高性能超薄膨胀型防火涂料的需求。该防火涂层经过热油浸泡后防火性能不衰减，可以长时间处于150℃条件下使用。根据上述实施例的制备方法，具有良好的施工性能，可采用普通空气喷涂方式进行施工；上述实施例提供的制备方法，工艺简单、操作方便，便于工业化生产。
在本发明的一个可选实施例中，提供一种防火涂料。该防火涂料按重量份数计，包括环氧树脂5-10份、改性三聚氰胺衍生物10-20份、改性季戊四醇衍生物15-25份、聚磷酸铵15-25份、二氧化钛3-10份、硅氧纤维0.1-3份、助剂1-5份、脂肪族改性多元胺0.1-1份、丁酮10-20份、丙二醇甲醚醋酸酯10-20份。上述实施例提供的防火涂料，能满足航空发动机所需的防火性能。
在本发明的一个具体实施例中，提供一种航空发动机用高性能超薄膨胀型防火涂料。该防火涂料按重量份数计，包括环氧树脂8份、聚磷酸铵20份、改性季戊四醇衍生物20份、改性三聚氰胺衍生物13份、二氧化钛5份、硅氧纤维0.2份、偶联剂0.6份、分散剂0.5份、防水剂0.5份、丁酮16份、丙二醇甲醚醋酸酯16份、脂肪族多胺加合物0.4份。
将按上述质量份数制备的防火涂料刷涂于90x90x1.2mm(长90毫米、宽90毫米、厚1.2毫米)的钢板上，在40℃x2h(40摄氏度下2小时)、80℃x2h(80摄氏度下2小时)、120℃x2h(120摄氏度下2小时)、160℃x10h(160摄氏度下10小时)的条件下固化，对固化后的防火涂料进行测试。
对根据上述实施例制得的防火涂料进行测试，参照GJB3568-1999《航空发动机防火安全设计要求》、CCAR-33R2《航空发动机适航规定》、GJB242-1987《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》、GJB150A-2009《军用装备实验室环境试验方法》中相关实验方法以及要求进行检测，其主要技术指标见下表：
涂层理化及防火性能测试结果
对上述的防火涂料进行防火测试。图2示出了根据本发明实施例的防火涂料进行防火性能测试后膨胀体的宏观形貌。防火涂层遇火膨胀后的尺寸参照图中刻度尺所示。
将上述的防火涂料在100℃的RP-3燃油中浸泡24小时，图3示出了根据本发明实施例的防火涂料经过燃油浸泡后的形貌。对经过燃油浸泡的防火涂料进行防火测试(使用烃类火喷烧)，经防火测试后，防火涂料形成膨胀体。图4示出了根据本发明实施例的防火涂料经过燃油浸泡后进行防火性能测试后膨胀体的形貌。防火涂层遇火膨胀后的尺寸参照图中刻度尺所示。通过图3和图4可以看出，经过热油浸泡后防火涂料涂层未发生鼓泡、开裂、脱落等现象。经热油浸泡后的防火涂层，经过烃类火喷烧后膨胀体依然完好、致密，防火性能未衰减。
将上述的防火涂料在125℃的4010滑油中浸泡24小时，图5示出了根据本发明实施例的防火涂料经过滑油浸泡后的形貌。对经过滑油浸泡的防火涂料进行防火测试，经防火测试后，防火涂料形成膨胀体。图6示出了根据本发明实施例的防火涂料经过滑油浸泡后进行防火性能测试后膨胀体的形貌。防火涂层遇火膨胀后的尺寸参照图中刻度尺所示。
如图5所示，防火涂层在经过滑油浸泡后颜色发生变化，颜色变为棕黄色(涂层表面51的颜色稍微变的有点棕黄色)。可选地，防火涂层在浸泡前进行封孔处理(试样在未进行滑油浸泡前，表面有小孔，为了防止小孔带来的影响，对小孔使用环氧漆进行封孔处理)。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种航空器用防火涂料，其特征在于，以重量份数计，包括A组分100份和B组分0.5-1.5份；
以重量份数计，所述A组分包括粘结剂5-10份、发气剂10-20份、成炭剂15-25份、酸源15-25份、填料5-10份、助剂1-5份以及溶剂20-30份；
所述B组分包括固化剂。
2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物；
所述粘结剂为双酚A型环氧树脂；
所述发气剂为改性三聚氰胺衍生物。
3.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述酸源包括选自聚磷酸铵、磷酸酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述填料包括选自二氧化钛、碱土硅酸盐玻璃纤维、硼硅玻璃纤维、硅氧纤维、高岭土、二氧化硅中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述助剂包括选自偶联剂、分散剂、流变剂、消泡剂、防水剂、增稠剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述固化剂包括选自三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、间苯二胺、脂肪族改性多元胺、聚酰胺、多元硫醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述溶剂包括选自二甲苯、乙酸乙酯、丁酮、环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二元酸酯、正丁醇中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述发气剂为改性三聚氰胺衍生物；所述酸源为聚磷酸铵；所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物。
9.一种防火涂料的制备方法，用于制备如权利要求1-8中任一项所述的防火涂料，其特征在于，包括以下步骤：
将所述溶剂和所述粘结剂混合，得到第一溶液；
向所述第一溶液中加入所述发气剂、所述成炭剂、所述酸源、所述助剂和所述填料，得到所述A组分；以及
混合所述A组分和所述B组分，得到所述防火涂料。
10.根据权利要求9所述的防火涂料的制备方法，其特征在于，所述成炭剂为改性季戊四醇衍生物；
所述改性季戊四醇衍生物的制备方法包括以下步骤：
将季戊四醇、磷酸酯、硅烷表面改性剂接触，得到所述改性季戊四醇衍生物。
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