CN114989727A - 一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，涉及公共安全和消防技术领域，其技术方案要点是：聚硅氮烷30‑50％、氧化铝粉末1‑3％、中空玻璃微球10‑30％、氧化铬粉末6‑12％、自来水3‑15％、磷酸5‑25％和氧化镁粉2‑7％；中空玻璃微球直径为10‑30微米；所述氧化铝粉末为片状结构，并且单片氧化铝的面积小于0.25mm2，厚度小于0.1mm。本技术方案提供的涂层工作温度达到1000℃以上，具有抗辐射传热、低热导率、高反射率、结合力强和致密度高的效果。
Description
技术领域
本发明涉及公共安全和消防技术领域，更具体地说，它涉及一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层。
背景技术
森林火灾、草原火灾、城市内高层建筑火灾和工厂火灾等每年发生的次数以万计，在各种类型的火灾救援和灭火行动中消防车、吊杆、蓄电池和运输车等都是必须使用到的设备。其中消防车、运输车和吊杆等设备的主要制造材料为钢铁、铝合金和其他高强度的轻质材料，如钛合金、镁合金和树脂材料等。上述材料均具有良好的力学性能，如高硬度、高强度、高断裂韧性和高屈服强度，能够满足承载大质量物件和人员的要求。然而，火场的现场温度通常达到1000℃以上，同时由于强烈的可见光辐射导致在火场附近的相关上述设备表面不断升高，而现有的消防车及其相关设备的服役温度低、服役寿命短，无法在1000℃下工作，会危及火场救援人员和设备的安全，并且目前在消防技术领域仍未能有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，解决传统消防车及其相关设备的服役温度低、服役寿命短，无法在1000℃下工作，危机火场救援人员和设备的安全的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，以重量份计，所述耐明火涂层由如下成分制备而成：聚硅氮烷30-50％、氧化铝粉末1-3％、中空玻璃微球10-30％、氧化铬粉末6-12％、自来水3-15％、磷酸5-25％和氧化镁粉2-7％。
本技术方案的原理：本技术方案中使用聚硅氮烷为主要粘结剂，其在高温和常温下都容易凝固，且与基体的结合力极强，服役温度超过1200℃以上，涂覆在消防车等设备表面后能够稳定存在，起到保护作用，而中空玻璃微球的热导率低、反射率高、流动性好，结合片状的氧化铝粉能够有效封堵涂层内外的各种孔洞，从而有效防止热量通过辐射的形式进行传播而对设备进行加热。
在本方案的探究过程中发现，目前关于消防车的及其相关设备的耐明火性能提升并没有成熟的方案出现，所以发明人结合涂层材料及其涂布方式进行配套设计，最终实现目的。在涂层的选材及材料配比的配制过程中，选用了多种材料进行实验，最终确定采用中空玻璃微球和聚硅氮烷，有效防止热量通过辐射进行传播，防止涂层的脱落。
进一步，所述中空玻璃微球直径为10-30微米。
通过采用上述技术方案，所制备的涂层主要使用在消防车的表面进行防护，由于消防车表面比较平整、面积大，因此对中空玻璃微球的粒径要求低，只要保持在10-30微米即可。
进一步，所述氧化铝粉末为片状结构，并且单片氧化铝的面积小于0.25mm2，厚度小于0.1mm。
通过采用上述技术方案，片状的氧化铝粉能够有效封堵涂层内外的各种孔洞，从而有效防止热量通过辐射的形式进行传播而对设备进行加热。
进一步，所述耐明火涂层总厚度为300-3000微米，并且涂层的致密度大于90％。
通过采用上述技术方案，涂层的厚度可以根据需要进行多次涂刷，涂层的厚度可控性很高，并且涂层的致密度随着涂刷次数的增大不断升高，可以有效的对设备进行保护。
进一步，所述耐明火涂层由如下方法制备而成：(1)分别称取聚硅氮烷、氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉依次加入到容器中搅拌均匀，获得所需的涂层浆料；(2)将涂层浆料涂刷在基底材料表面。
通过采用上述技术方案，涂层浆料的制备，只需要将各原料依次混合即可，制备便捷，并且各个原料均容易获得，可操作性高，在消防车等设备前往火场前后均可按比例进行搅拌混合得到所需要的涂层，保证消防车等相关设备在使用时的耐明火性能达到最优。
进一步，所述步骤(2)中的涂刷次数为3-20次。
通过采用上述技术方案，涂层的厚度可控性高，当需要运用到不同的设备时，通过调整涂覆次数即可得到所需厚度的涂层。
进一步，所述步骤(2)中的浆料涂刷使用刷子进行涂刷，每一次涂刷后浆料能够挂在基底材料表面即为一层。
通过采用上述技术方案，所用的涂刷方式方便快捷易于操作，能够随时在室内和野外快速进行，符合消防救灾的工况需求，同时通过涂刷次数控制涂层厚度无需额外其他操作。
综上所述，本技术方案具有以下有益效果：1、所使用的原料由聚硅氮烷、片状氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉组成，各种原料容易获得、便于运输携带，在消防车等设备前往火场前后均可按比例进行搅拌混合得到所需要的涂层，方便操作。2、聚硅氮烷具有耐高温、易凝固、结合力强的特点，配合中空玻璃球的低热导率、高反射率和片状氧化铝的高封堵性可以有效提高涂层材料的隔热降温能力、与基体结合强度和致密度等性能，使得被涂刷的消防车及其相关设备具有耐明火、耐高温和抗辐射传热的特点。3、所制备涂层的工作温度达到1000℃以上，具有抗辐射传热、低热导率、高反射率、结合力强和致密度高的特点。
附图说明
图1是实施例1-3的耐1200℃高温实验结果示意图；
图2是实施例1-3和对比例3的结合强度测试结果图；
图3是实施例1-3和对比例2的反射率对比图；
图4是实施例1-3和对比例1、对比例4的隔热降温性能对比图。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将聚硅氮烷、氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉按照50％、3％、30％、7％、3％、5％和2％的质量分数依次加入到容器中进行人工搅拌，搅拌均匀后获得所需的涂层浆料，其中，中空玻璃微球的直径为30微米，片状氧化铝的面积为0.2mm2，厚度为0.05mm。随后将涂层浆料涂刷在钢板上，涂刷次数为10次，从而获得厚度为1000微米的涂层，涂层致密度为93％。本实施例所制备的涂层主要使用在消防车的表面防护，由于消防车表面比较平整、面积大，因此对中空玻璃微球的粒径要求低，只要保持在30微米即可。
实施例2
将聚硅氮烷、氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉按照30％、1％、10％、12％、15％、25％和7％的质量分数依次加入到容器中进行人工搅拌，搅拌均匀后获得所需的涂层浆料，其中，中空玻璃微球的直径为10微米，片状氧化铝的面积为0.1mm2，厚度为0.02mm。随后将涂层浆料涂刷在钢板上，涂刷次数为3次，从而获得厚度为300微米的涂层，涂层致密度为91％。本实施例所制备的涂层主要运用到吊杆等具有一定弯曲程度和复杂形状的消防设备表面，因此其片状氧化铝和聚硅氮烷的质量分数小，涂覆厚度薄都是为了进一步提高其与异形设备表面的结合强度。
实施例3
将聚硅氮烷、氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉按照45％、2％、25％、6％、6％、10％和6％的质量分数依次加入到容器中进行人工搅拌，搅拌均匀后获得所需的涂层浆料，其中，中空玻璃微球的直径为20微米，片状氧化铝的面积为0.1mm2，厚度为0.02mm；随后将涂层浆料涂刷在钢板上，涂刷次数为20次，从而获得厚度为3000微米，涂层致密度为99％。本实施例所制备的涂层主要运用到离火灾中心火源最近的喷枪等设备表面，因此需要极高的隔热降温能力，所以涂层厚度达到了3000微米。
对比例1
对比例1与实施例1区别在于：对比例1仅仅涂刷了一层涂层。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于：对比例2没有添加中空玻璃微球。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于：对比例3中聚氮硅烷的含量为10％。
对比例4
对比例4与实施例3的区别在于：对比例4的涂刷次数为50次。
耐1200℃性能测试
将实施例1-3在合金基体表面制备涂层后将其放置在1200℃高温炉内保持3小时，观察到涂层依旧牢牢附着在合金基体表面，没有明显裂纹和气孔的产生，涂层保持完整，能够有效保护合金基底，说明所制备的涂层材料具有极高的结合强度，使用温度超过了1000℃，并且保护作用明显。测试结果见图1所示。
结合强度测试
使用实施例1-3和对比例3所制备涂层将两段钢铁材料粘结牢固在一起，然后置于万能试验机中进行拉伸试验，不断增加拉伸力直至两段钢铁材料分离、涂层剥落，由此计算得到涂层的结合强度，所需的拉伸力越大那么涂层的结合强度越大。测试结果见图2所示。
涂层材料反射率测试
将实施例1-3和对比例2所制备涂层自然凝固，随后将涂层材料研磨成细小粉末并过300目筛，使用硫酸钡粉末作为测试表样，测试试样的本征反射率，随后将涂层粉末进行反射率测试，以硫酸钡结果为基线进行对比获得涂层材料的反射率。测试结果见图3所示。
隔热降温梯度测试
将实施例1-3和对比例1、对比例4所制备涂层后，涂刷在基底材料上，利用火焰喷浆对涂层表面进行加热，将涂层表面温度加热到1300℃并利用红外测温仪测试并保持表面温度，然后利用热电偶测试涂层表面和基底界面温度，两者的温度差则为涂层提供的隔热降温梯度。测试结果见图4所示。
综上，由图1可知，涂层依旧牢牢附着在合金基体表面，没有明显裂纹和气孔的产生，涂层保持完整，能够有效保护合金基底，说明所制备的涂层材料具有极高的结合强度，使用温度超过了1000℃，并且保护作用明显。所制备涂层能够耐明火，能够有效保护消防车及其相关设备。
由图2可知，本发明提供的方案制备的涂层材料结合力极强，超过20MPa，能够牢牢粘结在基体表面不脱落，而对比例3中由于聚硅氮烷含量较低，导致其附着力不足，容易脱落。
由图3可知，由于缺少足够的中空玻璃球对比例2制备的涂层材料的反射率低于60％且不稳定，而实施例1-3制备的涂层反射率超过90％，能够有效防止热量通过辐射进行传播，对设备进行加热。
由图4可知，当涂层厚度增加时其隔热降温能力不断增大，但是涂层太厚反而会导致结合力的降低而剥落，因此涂层的厚度需要控制在合适范围；而仅仅涂刷了一层涂层，会导致涂层材料的隔热降温梯度、结合强度和反射率等性能均不足，容易脱落并导致设备表面快速升温。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：以重量份计，所述耐明火涂层由如下成分制备而成：聚硅氮烷30-50％、氧化铝粉末1-3％、中空玻璃微球10-30％、氧化铬粉末6-12％、自来水3-15％、磷酸5-25％和氧化镁粉2-7％。
2.根据权利要求1所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述中空玻璃微球直径为10-30微米。
3.根据权利要求1所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述氧化铝粉末为片状结构，并且单片氧化铝的面积小于0.25mm2，厚度小于0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述耐明火涂层的总厚度为300-3000微米，涂层的致密度大于90％。
5.根据权利要求1所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述耐明火涂层由如下方法制备而成：(1)分别称取聚硅氮烷、氧化铝粉末、中空玻璃微球、氧化铬粉末、自来水、磷酸和氧化镁粉依次混合搅拌均匀，获得所需的涂层浆料；(2)将涂层浆料涂刷在基底材料表面。
6.根据权利要求5所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述涂刷的次数为3-20次。
7.根据权利要求5所述的一种消防车及其相关设备用的耐明火涂层，其特征在于：所述步骤(2)中的浆料涂刷使用刷子进行涂刷，每一次涂刷后浆料能够挂在基底材料表面即为一层。
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