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船舶用环保降噪声涂料的制备及性能测试

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0 引言
降噪声涂料是当前国内外航空、船泊、汽车以及其他机械设备振动与噪声控制的重要材料之一。传统工业中,往往在大型船舶、舰艇、常规潜艇、核潜艇等舱室表面涂覆一层矿棉、陶瓷棉、双马来酰亚胺泡沫或聚酰亚胺泡沫等非金属绝缘减振材料,以起到到隔音减振的效果。但是这些材料的表面和拼接嵌缝处通常存在大量的孔眼、凹陷等缺陷,由于舰船舱室长期处于高温、高湿和烟雾环境,若不对这些缺陷作封闭修补、找平处理,不但会减少舰船的使用寿命,而且会吸附大量的噪声和污染物,对船员的身心健康造成不利影响,同时这些材料一般要使用十几年,到舰船中修时才会更换,处理不好会造成绝缘材料的防火、隔热、隔音、降噪等功能失效,进而影响舰船的安全性。
为消除上述隐患,本文采用无溶剂聚氨酯为基体树脂,并掺入空心玻璃泡、短切玻璃纤维作为增强体,制备了新型船舶用环保降噪声材料。本材料具有将舰船甲板、舱室内外、船壳等金属表面的凹陷、锈蚀、焊缝不平处找平的用途,从而可以保障船壳及舱室的外表美观、防止局部腐蚀,保证绝缘材料与船体完整贴合,防止发生凝露以及由此造成的船体腐蚀和绝缘材料失效。在目前大力强调绿色造船、提高海军舰船生活保障水平的背景下,本文研制了一种施工性好、能在金属表面使用、与基材附着力好、阻燃、防霉、无毒环保、能在高温高湿和盐雾环境下长期使用的新型舰船内舱降噪、阻燃、非金属绝缘封闭材料,具有重要意义。
 
1 试验部分
1.1 试验原料
空心玻璃泡、短切玻璃纤维,工业级,常州利尔得通新材料有限公司;丙烯酸酯,工业级,江西瑞祥化工有限公司;聚氨酯,工业级,上海树脂厂;其余原料均为市售分析纯。
1.2 船舶用环保降噪声涂料的制备
1.2.1 丙烯酸酯改性聚氨酯的制备
向装有温度计、冷凝管、搅拌器的四口圆底烧瓶中加入一定量的聚氨酯和丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),以丙烯酸羟乙酯(HEA)为偶联剂,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,保持温度在100 ℃左右,搅拌下反应8 h,制得丙烯酸改性聚氨酯。
1.2.2 船舶用环保降噪声涂料的制备工艺
船舶用环保降噪声涂料制备工艺见图1。
涂料制备工艺
1.3 性能检测
采用ZC-36 型三电极高阻仪测试抗静电性能,在100 mm×120 mm 的紫铜片单面涂覆涂料,每种测试采用5 组试样在100 V 下做平行试验。
1.4 性能测试
采用GB/T 1723—1993 测试黏度;
采用GB/T 16406—1996 测试阻尼性能;
采用GB/T 2406.2—2009 测试阻燃性(氧指数);
采用GB/T 2406.2—2009 测试耐水性能;
采用GB/T 9286—1998 测试黏结强度;
采用GJB 3881—1999 测试毒性;
采用GB/T 18582—2001 测试VOC 含量;
采用GB/T 1735—2009 测试耐热性能;
采用GB/T 9286—1998 测试附着力;
采用GB/T 1748—1989 测试柔韧性能;
采用GB/T 1728—1989 测试干燥时间;
采用GB/T 1770—1979 测试打磨性能;
采用GB/T 6753.3—1986 测试贮存期。
 
2 结果与讨论
2.1 基体树脂的选择
聚氨酯具有良好的耐寒性、弹性、耐有机溶剂性等,但其耐水性较差。聚丙烯酸酯具有较好的耐水性、耐化学品性和耐候性。将聚氨酯和聚丙烯酸酯两者有机结合所制得的丙烯酸酯改性聚氨酯基体材料,不仅具有聚氨酯原有的耐寒性、弹性、耐有机溶剂性等,同时兼有了丙烯酸酯的耐水性、耐化学品性和耐候性。因此,本文采用丙烯酸酯改性聚氨酯作为该环保减振涂料的基体树脂。
2.2 纳米填料对涂料减振性能的影响
常用作增强丙烯酸酯的阻尼性能的纳米填料有纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米丙烯酸酯橡胶粉末等,其中纳米丙烯酸酯橡胶粉末的加入能更好地改善聚丙烯酸酯的阻尼性能,因此本试验采用纳米丙烯酸酯橡胶粉末为填料。试验结果见表1。
纳米填料对涂料减振性能的影响
试验结果表明,纳米丙烯酸酯橡胶粉末的加入显著改善了涂料的阻尼性能,但是涂料的黏度却随纳米填料添加量的增加而增大,综合考虑,最佳添加量为20%。
2.3 空心玻璃泡、短切玻璃纤维对涂料减振性的影响
本文采用空心玻璃泡、短切玻璃纤维作为该涂料的另一种减振填料,该填料的加入较好地改善了涂料的减振性能,试验结果见表2。
空气玻璃泡、短切玻璃纤维对涂料性能的影响
试验结果表明,空心玻璃泡、短切玻璃纤维的加入显著改善了涂料的阻尼性能,但是涂料的黏度也随该填料的添加量的增加而增大,综合考虑,应采用的最佳加入量为25%。
2.4 性能测试数据
该材料可达到的性能数据见表3。
测试性能数据
3 结语
本文采用空心玻璃泡、短切玻璃纤维和无溶剂聚氨酯制备了新型船舶用环保降噪声材料,并对该材料的性能进行了分析测试,结果表明,该复合降噪材料的降噪性能、黏结强度、耐水性能、阻燃性能、环保性能均可满足设计要求。该材料可广泛用作大型船舶、水面舰艇、常规潜艇、核潜艇等舰船舱室舾装替代矿棉、陶瓷棉、双马来酰亚胺泡沫、聚酰亚胺泡沫等绝缘(防火、隔热)材料,作为拼接间嵌缝、孔眼及其表面封闭找平材料,以及舰船甲板、舱室内外、船壳等金属表面的凹陷、锈蚀、焊缝等部位的修补材料,其应用前景广阔。
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