一种用于船舶舱壁的防火绝热材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种用于船舶舱壁的防火绝热材料，其包含如下重量份数的组分：硬硅钙石活性浆料80～100份、增强增韧纤维5～10份、环氧改性丙烯酸乳液5～8份、水玻璃2～5份、憎水剂0.5～2份和多层玻璃纤维布3～5份。所述防火绝热材料可以压制成型作为板材安装在船舱壁板架结构中，可以减轻船舶重量、施工便捷、提升防火等级，防火绝热材料防火性能好、容重低、抗压抗折强度高、在长期振动载荷下不易破碎、破损率低、吸水率低，从而保障整个船舶的安全性、乘客安全以及船舶对自重、稳性的要求。本发明中的防火绝热材料还可以用于船舶上耐火分隔、舱室绝热及高温管道的隔热等。

说明书

技术领域

本发明属于船舶舾装领域和船舶防火绝热领域，特别涉及一种用于船舶舱壁的防火绝热材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着船舶领域设计与建造技术的进步，船舶种类的增多，船体的扩大，船舶防火绝热材料使用方法显得越来越重要。传统的船舶防火绝热材料的使用工作量大，工作环境差，施工难度大，而且施工周期长，并且传统防火绝热舱壁防火绝热效果不明显。因此，降低船舶防火绝热材料使用的难度，增强防火舱壁防火等级至关重要。并且由于船舶防火绝热舱壁有其特殊性、重要性，故施工过程，防火绝热舱壁的设计需要深入研究。同时近年来连续发生船舶火灾事故，船舶防火问题引起了各国的重视。船舶机舱内一些管路由于内部温度很高，对周围热辐射严重，对周围设备造成损伤甚至引起火灾。随着对船员舒适性及安全性要求的提高，船舶舱室的舱壁板的防火等级也越来越高，需要使用绝热能力强且具有一定强度的防火绝热材料代替原有防火隔热材料。目前，大型海洋船舶上使用的隔热材料大体可分为有机和无机两类。有机类包括黄软木板、黑软木板、酚醛泡沫板、聚氨酯泡沫板、聚酰亚胺泡沫板、磷腈泡沫板、聚烈马来酰亚胺泡沫板等；无机类包括天然的矿棉保温板、石棉泡沫板等，以及人造的玻璃棉保温板、陶瓷纤维板等。然而，尽管酚醛泡沫、聚酰亚胺泡沫、磷腈泡沫等为难燃材料，但其耐燃温度最高只有800℃，且大多有低毒，不能在火势猛烈的高温火焰中使用。无机材料的耐火温度普遍较高，但有中、低毒，特别是矿棉及玻璃纤维板等，在施工过程中会产生大量粉尘，易使工人患矽肺。另外，船舶属运动物体，尤其是船舶机舱内主机工作过程中产生极大的振动载荷，原来的一些发明专利虽然也可以达到一定的防火绝热作用，但是普遍强度偏低，在振动载荷及高温下易破碎等问题。因此，要求发明一种防火绝热材料作为船舶舾装件，并设计出一种较为便捷的防火舱壁，成本低，施工周期短。同时要求耐火度更高、无毒且具有一定的强度。

硬硅钙石型保温绝热材料是一种新型轻质多孔材料，具有低密度(容重≤230kg/m³)、高孔隙率、低热导率和低折射率，是一种新型高效隔热保温材料。压制成型作为板材安装在船舶舱壁板架结构中，有效提升舱壁防火等级且施工简便。超轻硬硅钙石型保温绝热材料作为现在国内船舶保温材料岩棉材料替代 产品，在舰船，尤其是核潜艇上的应用可以有效降低普通隔热材料的用量，提高其防火等级，作为一种新型船舶绝热材料具有十分广阔的应用前景。

目前硬硅钙石型绝热保温材料普遍存在着破损率高、吸水率高、抗压抗折强度低、在长期振动载荷下易破碎等问题，例如专利ZL98102760.1中提到的防火隔热材料，容重在220-250kg/m³的防火材料，在室温条件下抗折强度均低于0.70MPa，存在容重大和强度低等问题，以上问题的存在严重制约了硬硅钙石型绝热保温材料在船舶上的进一步推广应用。

发明内容

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于船舶舱壁的防火绝热材料，该防火材料含水率小于2％、抗压强度2.0Mpa以上，抗弯强度1.5Mpa以上，其目的在于解决在船舶防火绝热处理过程中，由于材料安装填充问题造成施工周期延长，施工成本提高，施工难度增大等问题，尤其解决了传统防火绝热舱壁隔热效果不明显的问题，同时本发明的硬硅钙石型绝热保温材料的破损率高、吸水率过高，尤其是抗压抗弯强度低、振动载荷下易破碎等问题，以便使其可以应用于船舶机舱内高温管路的外部绝热及某些舱室的壁板。

本发明还要解决的技术问题在于提供上述用于船舶舱壁的防火绝热材料的制备方法和应用。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提供了一种用于船舶舱壁的防火绝热材料，所述防火绝热材料包含如下重量份数的组分：硬硅钙石活性浆料80～100份、增强增韧纤维5～10份、环氧改性丙烯酸乳液5～8份、水玻璃2～5份、憎水剂0.5～2份和多层玻璃纤维布3～5份，其中，所述的环氧改性丙烯酸乳液包含如下重量份数的组分：

其中，所述的硬硅钙石活性料浆通过如下方法制备：

取石英粉和石灰粉，其中，石英粉中SiO₂含量应大于98wt％，石灰份中CaO含量在85～99％，按照CaO和SiO₂的摩尔比为0.95～1.05将石灰粉和石英粉混合，然后按照石英粉与石灰粉的质量与水的质量比(15～30)∶1混合得到浆料，将料浆搅拌均匀后输送到带有搅拌装置的高压反应釜中，以1.5℃/min的速度加热升温至210～220℃，升温阶段搅拌速度为150r/min，保温阶段搅拌速度为40～60r/min，保温4～6小时后进行自然降温，冷却后即得到硬硅钙石活性料浆。

所述的增强增韧纤维为玻璃纤维和棉纤维，其中，玻璃纤维与棉纤维的质量比为1～3∶1；所述的多层玻璃纤维布为无碱玻璃纤维布；所述的水玻璃的模数为2.5～3。

优选地，所述氨水的质量浓度为15～20wt％。

所述的环氧改性丙烯酸乳液的制备方法如下：

(1)乳化剂溶液的配制：将配方量的乳化剂与水混合得到乳化剂溶液；

(2)预乳化：将配方量的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯三种单体和配方量的N-羟甲基丙烯酰胺加入反应釜中，在搅拌的情况下加入配方量的环氧树脂并使之溶解，然后加入二分之一量的乳化剂溶液，经高速搅拌完成预乳化得到预乳液，备用；

(3)种子引发：取预乳液的1/10，将其与剩余的二分之一量的乳化剂溶液混合，然后加入到经N₂保护的反应釜中，并加入配方量的碳酸氢钠，缓慢升温到50℃，并搅拌，加入二分之一配方量的引发剂，温度升到80(±1)℃，体系出现蓝相，种子引发完毕；

(4)壳层聚合：待蓝相出现以后，维持反应温度，通过恒压滴液装置缓慢滴加剩余预乳液，在2～3h内滴完，在这期间定时滴加剩余的引发剂，待预乳液滴加完毕保温1h，冷却降温至40℃，过滤、滴加配方量的氨水，调节pH值至7，过滤出料，制得环氧改性丙烯酸乳液。

具体地，所述的环氧树脂为E-44双酚A型环氧树脂，环氧值为0.42～0.47；所述的乳化剂为聚乙烯醇烷基苯基醚与烷基硫酸酯复合乳化剂，其中，聚乙烯醇烷基苯基醚与烷基硫酸酯的重量比为3∶1，所述的引发剂为过硫酸钠的水溶液， 浓度为25～50wt％。

本发明进一步提出了上述用于船舶舱壁的防火绝热材料的制备方法，具体地，包括如下步骤：

向配方量的硬硅钙石活性料浆中加入配方量的玻璃纤维、棉纤维、环氧改性丙烯酸乳液、水玻璃并混合均匀，然后注入带有配方量的玻璃纤维布的模具内加压脱水成型，压制时压强控制在1Mpa，压制成型后的湿坯放入烘干窑中烘干，烘干窑的温度控制在110～160℃，干燥后，在其表面进行憎水剂渗透处理，在产品孔壁表面形成一层分子厚度的憎水层，制品烘干后含水率≤1.0％，在空气中吸湿后含水率≤4.0％。

更进一步地，本发明提出了上述防火绝热材料在船舶舱壁上的应用。

具体地，在应用过程中，将所述防火绝热材料压制成型作为板材安装在船舱壁板架结构中。

在一个优选的实施方案中，所述防火绝热材料的安装步骤如下：

(1)由钢板外侧焊接角钢构成舱壁板架，垂向、横向骨材由相同型号的角钢构成；

(2)防火绝热材料压制成板材，板材之间由石棉水泥条连接，实现防火绝热板之间的板板对接

(3)防火绝热板安装在舱壁板架结构上：

(4)防火绝热板铺设在角钢面板上，防火绝热板与角钢面板之间用聚氨酯粘合固定；

(5)防火绝热板上下端部接触舱室上下甲板，以一定长度等边角钢的一侧焊接在舱室上下甲板使等边角钢的另一侧接触防火绝热板；

(6)以步骤(5)的方法等间距焊接该长度的等边角钢，这样就构成了由钢板、角钢骨架、防火绝热板组成的防火绝热舱壁；

(7)在两防火绝热板垂直相交处，选取一定长度的等边角钢，使角钢两边分别接触相互垂直的防火绝热板，然后等边角钢与防火绝热板用聚氨酯粘合；

(8)防火绝热板对接接缝处选用建筑密封胶(主要基料有：丁基橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯、丁苯橡胶、有机硅等)对接缝进行密封处理，保障舱室密封性良好。

有益效果：与现有技术相比，本发明通过向硬硅钙石活性料浆中加入玻璃纤 维及棉纤维、环氧改性丙烯酸乳液、水玻璃并混合均匀，然后注入带有玻璃纤维布的模具内加压脱水成型，将其在干燥炉内脱水干燥后，在其表面进行憎水剂渗透处理，在产品孔壁表面形成一层分子厚度的憎水层，而不堵塞制品的微孔，确保其多孔性及良好的绝热性，即制成含水率小于2％、抗压强度2.0Mpa以上，抗弯强度1.5Mpa以上的船用防火绝热硬硅钙石型绝热保温材料。

附图说明

图1：本发明船舶防火绝热舱壁的主视图；

图2：本发明船舶防火绝热舱壁a-a′剖面结构示意图；

图3：本发明船舶防火绝热舱壁b-b′剖面结构示意图；

其中，1-防火绝热材料，2-舱室甲板，3-石棉水泥条，4-等边角钢，5角钢，6-舱壁板架。 

具体实施方式

实施例1环氧改性丙烯酸乳液的制备。

组分配方： 

制备方法： 

(1)乳化剂溶液的配制：将配方量的乳化剂与水混合得到乳化剂溶液；

(2)预乳化：将配方量的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和苯乙烯三种单体和配方量的N-羟甲基丙烯酰胺加入反应釜中，在搅拌的情况下加入配方量的环氧树脂并使之溶解，然后加入二分之一量的乳化剂溶液，经高速搅拌完成预乳化得到预乳液，备用；

(3)种子引发：取预乳液的1/10，将其与剩余的二分之一量的乳化剂溶液混合，然后加入到经N₂保护的反应釜中，并加入配方量的碳酸氢钠，缓慢升温到50℃，并搅拌，加入二分之一配方量的引发剂，温度升到80(±1)℃，体系出现蓝相，种子引发完毕；

(4)壳层聚合：待蓝相出现以后，维持反应温度，通过恒压滴液装置缓慢滴加剩余预乳液，在2～3h内滴完，在这期间定时滴加剩余的引发剂，待预乳液滴加完毕保温1h，冷却降温至40℃，过滤、滴加配方量的氨水，调节pH值至7，过滤出料，制得环氧改性丙烯酸乳液备用。

实施例2硬硅钙石活性浆料的制备方法。

取石英粉和石灰粉，其中，石英粉中SiO₂含量大于98wt％，石灰份中CaO含量在85～99％，按照CaO和SiO₂的摩尔比为1将石灰粉和石英粉混合，然后按照石英粉与石灰粉的质量与水的质量比25∶1混合得到浆料，将料浆搅拌均匀后输送到带有搅拌装置的高压反应釜中，以1.5℃/min的速度加热升温至210～220℃，升温阶段搅拌速度为150r/min，保温阶段搅拌速度为50r/min，保温5小时后进行自然降温，冷却后即得到硬硅钙石活性料浆料备用。

实施例3防火绝热材料的制备。

1、原料配方： 

2、制备方法： 

向含有100份硬硅钙石活性料浆中加入玻璃纤维5份、棉纤维2份、环氧改性丙烯酸乳液5份、水玻璃(模数为2.5～3，下同)2份并混合均匀，然后注入带有2份无碱玻璃纤维布的模具内加压脱水成型。压制时压强控制在1.0Mpa。压制成型后的湿坯放入烘干窑中烘干，烘干窑的温度控制在150℃。干燥后，在其表面喷涂2份有机硅憎水剂渗透处理，干燥后的坯体经检验后即得成品。

本实施例制备的防火绝热材料的主要技术指标测试如表1所示：

表1

实施例4防火绝热材料的制备。

原料配方： 

制备方法同实施例3。制备的防火绝热材料的主要技术指标测试如下表2所示：

表2

实施例5防火绝热材料的制备。

原料配方： 

制备方法同实施例3。制备的防火绝热材料的主要技术指标测试如下表3所不：

表3

实施例6防火绝热材料的制备。

原料配方： 

制备方法同实施例3。制备的防火绝热材料的主要技术指标测试如下表4所示：

表4

实施例7防火绝热材料的应用。

本发明制备的防火绝热材料用于船舶舱壁，具体应用步骤如下(如图1到图3所示)：

(1)由钢板外侧焊接角钢构成舱壁板架6，垂向、横向骨材由相同型号的角钢5构成；

(2)防火绝热材料1压制成板材，板材之间由石棉水泥条3连接，实现防火绝热板之间的板板对接

(3)防火绝热板安装在舱壁板架结构上：

(4)防火绝热板铺设在角钢面板上，防火绝热板与角钢面板之间用聚氨酯粘合固定；

(5)防火绝热板上下端部接触舱室上下甲板2，以一定长度等边角钢4的一侧焊接在舱室上下甲板使等边角钢的另一侧接触防火绝热板；

(6)以步骤(5)的方法等间距焊接该长度的等边角钢，这样就构成了由钢板、角钢骨架、防火绝热板组成的防火绝热舱壁；

(7)在两防火绝热板垂直相交处，选取一定长度的等边角钢，使角钢两边分别接触相互垂直的防火绝热板，然后等边角钢与防火绝热板用聚氨酯粘合；

(8)防火绝热板对接接缝处选用建筑密封胶(主要基料有：丁基橡胶、氯丁橡胶、丙烯酸酯、丁苯橡胶、有机硅等)对接缝进行密封处理，保障舱室密封性良好。

本发明作为一种新型船舶防火绝热结构，在船舶舱壁上，该防火绝热材料以 板材对接的形式连接，然后安装在板架结构中骨材一侧，由骨材连接舱壁板和防火绝热板，中间形成空气绝热层，有效提升防火绝热舱壁的防火等级。并且改变了传统防火绝热材料的使用方式，改善了施工环境，给施工人员创造了良好的施工环境，有益于控制防火绝热材料的舾装质量，缩短了施工周期，可大大降低施工成本。由于该防火绝热板安装于舱壁板架结构的骨架上，美化船舶内部结构。通过加入增强纤维和环氧改性丙烯酸乳液及水玻璃可以大大提高硬硅钙石型硅钙板存在抗压抗弯强度低、振动载荷下易破碎等问题，而环氧改性丙烯酸乳液和表面防水剂又可以很好解决其吸水率高的问题。除了防火绝热性能大大提高外，其抗压强度可达2.0Mpa以上，抗弯强度可达1.5Mpa以上，可以满足船舶对舱壁板填充料或管路绝热材料的使用要求。

本发明的实施例只是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明实际精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围之内。