专利名称：具有弹性阻燃涂层的弹性体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于抗振和悬架(suspension)的弹性体。所述弹性体包括至少一层弹性阻燃涂层。本发明还涉及包括所述弹性体的车辆、容器(vessel)和固定式机器 (stationery machinery)0
背景技术：
在各种悬架和抗振应用中使用弹性体产品是本领域常用和众所周知的。一种常用的悬架产品为弹性体弹簧。弹性体弹簧通常用于在各种类型的车辆中获得最大可能的乘坐舒适性。弹性体弹簧通常包括成型的弹性体，以便表现出期望的减振特性。另一种常用的悬架产品为隔膜(diaphragms)。隔膜为填充空气的袋子或气囊 (bellow)。空气气囊的形状和尺寸可以不同，以适应减振特性。另外，空气气囊中的压力可以变化，以改变减振特性。常见抗振产品的一个实例为抗振固定件(mounts)。抗振固定件通常包括之间放置有弹性体的刚性板或托架(brackets)。随后通常将刚性板或托架之一固定于振动来源上 (例如发动机，等)、固定于将与振动分离的环境(例如车辆或容器)上。与上述悬架和抗振产品相关的一个问题是不理想的燃烧特性。产品的弹性体通常由含有增强物质的合成聚异戊二烯和天然聚异戊二烯制造而成。与一些增强物质(例如炭黑、矿物油或其他有机化学物质)一样，合成聚异戊二烯和天然聚异戊二烯是可燃的。这样导致弹性体不具有固有的耐燃性。异戊二烯化合物的弹性体较容易点燃并且导致引起烈火。火甚至能消耗少部分弹性体。在着火过程中，排放大量的黑烟。释放出的火或烟会对人和/或设备造成严重破坏， 这在应用中是特别有问题的。当产品用于封闭的隔间，如地铁和船舱(naval vessels)的机房时，烟的排放和热量释放是严重的问题，缩短可有效用于疏散的时间。已知使用卤代阻燃剂对异戊二烯和天然橡胶弹性体产品进行改性。这种方法确实改进了当前产品的阻燃特性，但也确实具有一些缺点。卤代阻燃剂确实例如会提高产品的毒性。出于对环境的考虑，许多卤代阻燃剂已被禁止使用。另一种已知的方法为使用非卤代阻燃剂使异戊二烯和天然橡胶弹性体产品改性。 在这种情况下，常使用三氢化铝(aluminium trihydride)和氢氧化镁来改进阻燃特性。然而，这些物质必须以高含量(超过50重量％ )加入到高弹性的材料中以使其有效。通过掺入这种程度的阻燃材料，弹性体材料将失去其关键的特性，如压缩变定、动态模量和蠕变。当试图避免与弹性体产品着火相关的风险时，再一种方法是用另一种材料简单地制造弹性体产品。一种可能的方案是使用卤代聚合物，以生产具有改进的阻燃特性的产品。 然而，还是在这种情况下，材料将变得有毒并且不太理想。还可使用非商代聚合物，例如聚硅氧烷。然而，这些聚合物更昂贵并且物理强度低。为了能够使用标准弹性体产品，已提出使用标准膨胀型防火涂层(如建筑行业中使用的那些)来涂布产品。然而，由于当产品经受频繁和连续的表面伸长时，这些涂层不具有足够的弹性以保留在弹性体产品上的事实，因此，这些涂层不适用于弹性体产品。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种对以上现有技术的改进。一个具体目的是提供一种适用于抗振和悬架的弹性体，该弹性体包括至少一层弹性阻燃涂层。由本发明的以下描述可以看出，通过包括至少一层弹性阻燃涂层的弹性体、包括所述包括至少一层弹性阻燃涂层的弹性体的车辆、容器和固定式机器，这些和其他目的以及优点是显而易见的。在从属权利要求中限定优选的实施方式。因此，提供了一种适用于抗振和悬架的弹性体。所述弹性体包括至少一层弹性和柔性阻燃涂层。所述弹性和柔性阻燃涂层覆盖至少一部分主体。所述至少一层阻燃涂层是非卤代的并且包括阻燃物质和弹性粘合剂材料。所述阻燃物质包括可膨胀石墨。所述涂层的弹性大于20%。本发明的弹性体是有利的，因为该弹性体设置有至少一层弹性阻燃涂层，使得主体阻燃同时保持其弹性特性。所述弹性体可包括第一层和第二层，第一层施用于至少一部分弹性体上并覆盖至少一部分弹性体，第二层施用于至少一部分第一层上面并覆盖至少一部分第一层。这是有利的，因为可调节各层的特性，以优化粘合性和阻燃特性。阻燃涂层的第一层可具有比阻燃涂层的第二层更大的弹性，这是有利的，因为阻燃涂层可更好地承受弹性体的表面伸长。阻燃涂层的第一层可包括第一阻燃物质，以及第二层可包括第二阻燃物质。这意味着可优化阻燃涂层的阻燃性能，并且同时使涂层适应于所使用的应用。第一层可包括第一弹性粘合剂材料，以及第二层可包括第二弹性粘合剂材料。这意味着可优化阻燃涂层的粘合性和耐久性。阻燃涂层的第一层和第二层可包括第一阻燃物质，这是有利的，因为可适应两层的阻燃特性和弹性。阻燃涂层的第一层和第二层可包括第一粘合剂材料，这是有利的，因为两层之间的粘合性变强。所述至少一层阻燃涂层可包括第三层，所述第三层施用于至少一部分第二层上面并覆盖至少一部分第二层。这意味着可适应覆盖弹性体的各层的表面性能。阻燃涂层的第三层可反射红外辐射，这是有利的，因为弹性体变得对辐射热源不太敏感。至少一层阻燃涂层中的至少一层的阻燃物质可为可膨胀石墨。这是有利的，因为在合理的价格下能得到有效的弹性阻燃涂层而没有增加有毒气体的排放。至少一层阻燃涂层中的至少一层的阻燃物质可为基于氮-磷的阻燃物质。这意味着能得到有效和高度弹性的阻燃涂层。所述至少一层阻燃涂层的阻燃物质可包括至少一种选自由硼酸锌、三水合铝 (aluminium trihydrate)、可膨胀石墨、聚磷酸铵(ammonium polyphosphate)、氧氧化镁、蒙脱土粘土和红磷组成的组中的至少一种材料。这意味着可适应涂层的阻燃特性使其适用于所使用的应用。所述至少一层阻燃涂层的粘合剂材料可为弹性体聚氨酯。这是有利的，因为能得到具有长寿命的高度柔性阻燃涂层。所述至少一层阻燃涂层的粘合剂材料可包括选自由天然橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、环氧化的天然橡胶(印oxidised natural riAber)、丁苯橡胶、弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶(hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber)组成的组中的至少一种材料。这意味着可适应阻燃涂层的弹性行为和特性。所述至少一层阻燃涂层可为非卤代的，这是有利的，因为涂层无毒并且对环境的影响很小或没有影响。所述弹性体可由热固性弹性体制成，这是有利的，因为在合理的价格下能得到耐久的长寿命的弹性体。所述弹性体可由天然或合成聚异戊二烯制成，这意味着能得到具有适用于悬架和抗振的特性的弹性体。所述弹性体可包括选自由聚异戊二烯、天然橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、 弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氢化丁腈橡胶、环氧化的天然橡胶组成的组中的至少一种材料。这意味着可适应弹性体的特性使其适用于所使用的应用。所述弹性体可有效地用于悬架元件和抗振元件，特别是关注火、烟和毒性时。所述弹性体可有效地用于车辆、容器或固定式机器，可特别有效地用于轨道车辆 (rail vehicle)和船舱。
在下文中，参考所附示意图，通过基于不同的实施方式的实施例来描述本发明，在附图中图Ia为含有一层弹性和阻燃涂层的弹性体的横截面图，图Ib为含有两层弹性和阻燃涂层的弹性体的横截面图，图2为弹性体弹簧形式的悬架产品的透视图，图3为振动固定件形式的抗振产品的透视图，图4为具有包括弹性体弹簧的转向架(bogie)的火车的透视图，图5为在抗振固定件上安装的船用发动机的透视图，图6为在抗振动固定件上安装的两个船用发动机(naval engine)的局部图，图7为说明在实验过程中一氧化碳释放的示意图，图8为说明在实验过程中二氧化碳释放的示意图，图9为说明在实验过程中烟释放的示意图，图10为说明在实验过程中热量释放速率的比较的示意图，图11为说明在实验过程中质量损耗剩余百分比的示意图，和图12为说明在实验过程中热量排放的平均速率的示意图。
具体实施方式
根据第一实施方式的弹性体示于图la。弹性体1由橡胶模塑(moulded)而成。通过使用专有的胶粘剂(proprietary bonding adhesive)，在硫化过程中将弹性体连接于两个金属板2，3上。当用于任何种类的应用时，金属板2，3用于将弹性体固定于周围。随后将一个金属板2固定于例如轨道车辆的车厢主体上，并且将另一个金属板3固定于例如轨道车辆的转向架上。另外，将弹性体用一层弹性阻燃涂层4覆盖。层的厚度为80μπι。弹性阻燃涂层4包括可膨胀石墨形式的阻燃物质。此外，弹性阻燃涂层4包括聚氨酯形式的粘合剂材料。可膨胀石墨占涂层的40%。弹性阻燃涂层4的其余部分由聚氨酯组成，S卩，聚氨酯占60%。涂层4的弹性超过100%。此外，涂层4为非卤代的。当对弹性体1施用涂层4时，使用有机溶剂将阻燃物质和粘合剂材料混合成溶液。 随后使用喷雾枪或任何其他合适的装置，将该溶液施用于弹性体1上，以形成阻燃涂层4。 这意味着当在任何种类的应用中安装弹性体1时，可原位施用涂层4，或者可在制造弹性体之前施用涂层4。在涂层4固化的过程中，有机溶剂蒸发，在涂层4中仅留下阻燃物质和粘合剂材料。根据第二实施方式的弹性体示于图lb。在该实施方式中，弹性体1也由橡胶模塑并连接于两个金属板2，3上。在该实施方式中，金属板2，3也用于固定弹性体1。弹性体1被弹性阻燃涂层的第一层5覆盖。第一层5随后被弹性阻燃涂层的第二
层6覆盖。第一层5包括基于氮-磷的阻燃物质和聚氨酯形式的粘合剂材料。基于氮磷的阻燃物质占涂层的50 %。弹性阻燃涂层的第一层5的其余部分由聚氨酯组成，即，聚氨酯占 50%。第一层5的厚度为70 μ m。第一层5的弹性超过200%。弹性阻燃涂层的第二层6包括可膨胀石墨形式的阻燃物质和聚氨酯形式的粘合剂材料。可膨胀石墨占涂层的40%。弹性阻燃涂层4的其余部分由聚氨酯组成，S卩，聚氨酯占60%。第二层6的厚度为80 μ m。第二层6的弹性超过100%。此外，第一层5和第二层6为非卤代的。当对弹性体1施用涂层的第一层5和第二层6时，使用有机溶剂将各层5，6的阻燃物质和粘合剂材料混合成溶液。随后使用喷雾枪或任何其他合适的装置，将各溶液施用于弹性体1上，以形成阻燃涂层的第一层5和第二层6。在第一层5和第二层6的固化过程中，有机溶剂蒸发，在阻燃涂层的第一层5和第二层6中仅留下阻燃物质和粘合剂材料。首先施用第一层5并固化，随后在第一层5上面施用第二层6。弹性体弹簧10形式的悬架产品示于图2。弹性体弹簧包括弹性体1和两个金属板 2，3。如上所述，金属板2，3用于将弹性体1固定于周围。弹性体1被弹性阻燃涂层(未示
出)覆盖。现在参考图3，说明抗振固定件15形式的悬架产品。抗振固定件具有两个金属板 2，3。第一金属板2固定于振动来源。振动来源可例如为船舱或公路车辆的发动机。第二金属板3用于将抗振固定件固定于周围，例如，固定于船舱上的发动机室的地板或车辆的机舱(engine compartment)的支撑元件。抗振固定件具有弹性体1，弹性体1被弹性阻燃涂层(未示出)覆盖。图4说明具有转向架21的列车组(train unit) 20。转向架设置有包括弹性体弹簧10的悬架系统。弹簧10用于减弱转向架21的振动，提高列车组20的乘坐舒适性。一般的方案是将弹性体弹簧10与空气隔膜结合使用。在这种情况下，弹性体弹簧减弱通常具有大振幅的低频运动，而空气弹簧减弱通常具有小振幅的高频运动。不必说，在这种情况下， 弹性体弹簧和隔膜均被阻燃涂层覆盖。图5说明安装在多个抗振固定件15上的船用发动机25。船用发动机的整体重量由抗振固定件15承载。这意味着由发动机25产生的振动不能传送到周围26，即，船舱的发动机室的地板。现在参考图6，部分显示两个船用发动机。两个发动机25均安装在抗振动固定件 15上。抗振固定件固定于船舱的发动机室的地板沈上和船用发动机25上。本领域技术人员认识到，在本发明从属权利要求限定的范围内，可以想到对本发明所描述的实施方式进行大量修改。例如，在单层的情况下，阻燃涂层4的厚度可根据需要进行变化。阻燃涂层的厚度优选为10-500 μ m,更优选为50-110 μ m,最优选约80 μ m。例如，在双层的情况下，阻燃涂层的第一层5和第二层6的厚度可根据需要进行变化。第一层5的厚度优选为10-500 μ m,更优选为40-100 μ m,最优选约70 μ m。第二层6的厚度优选为10-500 μ m,更优选为50-110 μ m,最优选约80 μ m。另外，在单层和双层的情况下，层4，5，6的材料可变化以适应需要。例如，可使用不同的阻燃物质以及不同的粘合剂材料。例如，硼酸锌、三水合铝、可膨胀石墨、聚磷酸铵、氢氧化镁、蒙脱土粘土和红磷可被用作阻燃涂层4，5，6中的阻燃物质。例如，天然橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、环氧化的天然橡胶、丁苯橡胶(SBR)、弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)可被有效地用作阻燃涂层4，5，6中的粘合剂材料。例如，可使用上述阻燃物质和粘合剂材料的任何组合。还可将各种物质和材料混合，以获得不同的性能。换言之，不同的阻燃物质和多种物质的混合物可用于不同的层4，5， 6，并且不同的粘合剂材料和多种材料的混合物可用于不同的层4，5，6。另外，弹性体1的材料可变化。例如，天然聚异戊二烯、合成聚异戊二烯、天然橡胶、合成橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶(SBR)、弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶 (EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)和环氧化的天然橡胶可被有效地用于主体1。还可将各种材料混合，以便获得弹性体1的合适的组成。另外，层4，5，6的数量可变化。例如，可使用三层系统。在这种情况下，上述双层系统可被有效地用作前面两层5，6。随后可在第二层6上面施用第三层。第三层可例如包括浓度为10-40%的基于氮-磷的阻燃物质。另外，在这种情况下，弹性体聚氨酯可用作粘合剂材料。浓度可有效地为50-70%。通过加入颜料，例如，浓度为1-20%的颜料，阻燃涂层4，5，6可对红外辐射的反射更强，由此对辐射热源不太敏感。如果上述组合物用于第三层，则第三层的弹性将超过200%。第三层的典型的厚度为约50 μ m。关于第三层所提及的所有上述值当然可以变化以适应当前应用。另外，可使用由任何其他合适的刚性或柔性材料(如复合物、塑料等)制成的金属板2，3。金属板2，3也可省略，这意味着弹性体1可直接固定于周围或根本不固定。在以上描述中，弹性体为弹性体材料的实心主体，但是，弹性体也可以例如为隔膜、空心体(hollow body)、由几种弹性体材料组成的主体、由几种部件组成的主体等。进行提供阻燃涂层的效率的实验。在实验过程中，将涂布的橡胶和未涂布的橡胶暴露于在圆锥形热量计(cone calorimeter)内的辐射热源中。这是ISO 5660部分1和 ISO 5660部分2提出的标准程序。在实验过程中，将待测试样品进行均勻的热辐射。由放置在样品附近的圆锥形电加热器(conical electrical heater)产生热辐射。通常来自加热器的热量释放为 10-100kW/m2。实验通常在通风良好的条件下进行，在仪表的通风橱(instrumented hood) 中，在上述样品上采集各种气体样品。然而，还可在氧耗尽条件下测试样品。火花用于点燃在实验过程中由测试样品排放的可燃气体。圆锥形热量计基于氧消耗量热学(oxygen consumption calorimetry)测量热量释放。这是基于来自许多可燃材料(包括大多数天然和合成塑料、橡胶和纺织品)的热量输出几乎总是恒定在13. 6kJ/g的耗氧量的事实。进行其他气体(如一氧化碳和二氧化碳) 浓度测量的同时，测量烟密度。在实验过程中，记录输出数据(质量损耗、氧浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、 烟密度和烟气流量(fire effluent flow))与时间的关系。将原始数据加工，通过氧消耗量热学计算热量释放速率和燃烧的有效热量以及平均数据。还计算每克燃烧过的样品的易燃气体和烟产率。图7-12为说明在实验过程中不同的测量和计算值的图，其中IOOmmX 100mmX6mm 厚标准橡胶，即，未涂布的橡胶和涂布的橡胶在上述圆锥形热量计中经受35kW/m2的辐射热。涂布的橡胶涂布有根据上述单层实施方式的涂层。图7说明一氧化碳释放与时间的关系。由图中显然可见，在前4分钟，对于涂布的橡胶，一氧化碳释放低于未涂布的橡胶。图8说明二氧化碳释放与时间的关系。在前5分钟，对于涂布的橡胶，二氧化碳释放低于未涂布的橡胶。图9说明烟释放速率(RSR)与时间的关系。由图中显然可见，在前4分钟，对于涂布的橡胶，烟释放低于未涂布的橡胶。图10说明未涂布的橡胶与涂布的橡胶之间的热量释放速率(HRR)的比较。该图确实明显地说明，在前5分钟，对于涂布的橡胶，热量释放低于未涂布的橡胶。图11说明质量损耗剩余百分比与时间的关系。由图中可见，在燃烧过程中，对于涂布的橡胶，样品剩余的质量高于未涂布的橡胶。图12说明热量排放的平均速率(ARHE)与时间的关系。由图中显然可见，在整个实验过程中，对于涂布的橡胶，热量排放的平均速率低于未涂布的橡胶。总的观察是，对于涂布的橡胶，示于图7-12的所有的气体排放、烟排放和热量释放均延迟。当总括不同的排放的所有这些有利的延迟时，可容易地理解，阻燃涂层4，5，6有效并且确实延迟火蔓延。还可理解的是，阻燃涂层4，5，6可从根本上防止开始着火。另外， 在以上呈现的实验过程中，涂布的橡胶的质量损耗降低。涂布的橡胶与未涂布的橡胶之间的差别的概述可见下表1。根据ISO 5660部分1 和2，在圆锥形热量计上进行测试，施加的热通量(heat flux)为35kW/m2。表 权利要求
1.一种适用于抗振和悬架的弹性体(1)，其特征在于，所述弹性体(1)包括至少一层覆盖至少一部分所述弹性体(1)的弹性和柔性阻燃涂层0，5，6)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4，5，6)为非卤代的并且包括阻燃物质和弹性粘合剂材料，所述阻燃物质包括可膨胀石墨，并且其中，所述至少一层阻燃涂层G，5，6)的弹性大于20%。
2.根据权利要求1所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4，5，6)包括第一层(5)和第二层(6)，所述第一层(5)施用于至少一部分所述弹性体(1)上并覆盖至少一部分所述弹性体(1)，所述第二层(6)施用于至少一部分所述第一层(5)上并覆盖至少一部分所述第一层(5)。
3.根据权利要求2所述的弹性体(1)，其中，所述第一层( 具有比所述第二层(6)更大的弹性。
4.根据权利要求2或3所述的弹性体(1)，其中，所述第一层(5)包括第一阻燃物质， 而所述第二层(6)包括第二阻燃物质。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述第一层( 包括第一弹性粘合剂材料，而所述第二层(6)包括第二弹性粘合剂材料。
6.根据权利要求2-3或5中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述第一层( 和所述第二层(6)包括第一阻燃物质。
7.根据权利要求2-4或6中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述第一层( 和所述第二层(6)包括第一粘合剂材料。
8.根据权利要求2-7中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4，5， 6)包括第三层，所述第三层施用于至少一部分所述第二层(6)上并覆盖至少一部分所述第二层(6)。
9.根据权利要求8所述的弹性体(1)，其中，所述第三层反射红外辐射。
10.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4， 5,6)中的至少一层的所述阻燃物质为基于氮-磷的阻燃物质。
11.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4， 5,6)的所述阻燃物质包括选自由硼酸锌、三水合铝、可膨胀石墨、聚磷酸铵、氢氧化镁、蒙脱土粘土和红磷组成的组中的至少一种材料。
12.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4， 5,6)的所述粘合剂材料为弹性体聚氨酯。
13.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述至少一层阻燃涂层(4， 5,6)的所述粘合剂材料包括选自由天然橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、环氧化的天然橡胶、丁苯橡胶、弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶、丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶组成的组中的至少一种材料。
14.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述弹性体(1)由热固性高弹体制成。
15.根据权利要求14所述的弹性体(1)，其中，所述弹性体(1)由天然或合成聚异戊二烯制成。
16.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述弹性体(1)包括选自由聚异戊二烯、天然橡胶、合成橡胶、乙烯丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶、弹性体聚氨酯、三元乙丙改性橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氢化丁腈橡胶和环氧化的天然橡胶组成的组中的至少一种材料。
17.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述弹性体(1)为悬架元件。
18.根据上述权利要求中任一项所述的弹性体(1)，其中，所述弹性体(1)为抗振元件。
19.一种车辆，该车辆包括权利要求1-18中任一项所述的弹性体(1)。
20.一种容器，该容器包括权利要求1-18中任一项所述的弹性体(1)。
21.一种固定式机器，该固定式机器包括权利要求1-18中任一项所述的弹性体(1)。
全文摘要
本发明公开了一种适用于抗振和悬架的弹性体(1)。所述弹性体(1)包括至少一层覆盖至少一部分所述弹性体(1)的弹性和柔性阻燃涂层(4，5，6)。所述至少一层阻燃涂层(4，5，6)为非卤代的并且包括阻燃物质和弹性粘合剂材料。所述阻燃物质包括可膨胀石墨。所述至少一层阻燃涂层(4，5，6)的弹性大于20％。
文档编号C09D5/18GK102239205SQ200980148851
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月15日
发明者D·金德 申请人:泰瑞斯工业产品英国有限公司