一种碳纤维船用阻火分隔装置及其复合隔热层布置方法与流程

本发明涉及船舶防火安全领域，特别涉及一种碳纤维船用阻火分隔装置及其复合隔热层布置方法。

背景技术：

1、船舶60分钟级承载阻火分隔是保障船舶安全的关键结构，其技术要求涵盖耐火完整性与隔热性双重指标。传统钢质船舶的阻火分隔多采用在钢壁表面铺设岩棉、玻璃棉等隔热材料的方案，以碰钉或焊接方式固定。随着碳纤维复合材料在高速船轻量化建造中的推广应用，甲板与舱壁逐步采用碳纤维三明治板结构，其面板较薄、芯材为轻质阻燃材料，无法直接焊接固定件，传统贯穿式螺栓安装亦会破坏三明治板的整体强度与芯材隔热性能，因此需要开发与碳纤维基材结构适配的隔热层及固定方式。在此基础上，部分现有技术尝试采用气凝胶或防火棉等新型隔热材料替代岩棉，以提高单位厚度的隔热效率并降低结构增重；也有方案在碳纤维夹芯板表面通过粘贴或机械固定方式安装单层或多层防火材料，形成初步的阻火分隔构造。

2、然而，上述现有方案在面向碳纤维船体60分钟承载阻火分隔的工程化应用时，仍存在一系列依次递进的技术缺陷。首先，简单采用多层隔热材料平铺叠加，各层纤维铺设方向一致，导致热量可沿纤维主方向连续传导，层间贯通接缝在高温收缩后形成窜火通道，仅靠增加材料厚度来延长时间，无法在轻量化约束下稳定达到60分钟隔热性要求。在此基础上，即使对层间接缝进行错缝处理，在甲板横梁、扶强材等骨材加强区域，由于基材结构几何突变且安装空间受限，平面区铺设的隔热材料在节点处难以紧密贴合，形成局部热桥，成为整个阻火分隔的性能短板。进一步地，为解决节点密封问题，若采用贯穿碳纤维三明治板的紧固件进行加强固定，又会破坏基材的结构完整性与芯材隔热能力，与碳纤维船体轻量化、高强度的设计初衷相悖。上述问题相互关联、环环相扣，导致现有技术缺乏一套完整适配碳纤维三明治板结构特性、能够标准化施工且稳定满足船级社60分钟承载阻火分隔要求的整体解决方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维船用阻火分隔装置及其复合隔热层布置方法，解决了上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维船用阻火分隔装置及其复合隔热层布置方法，包括：

3、碳纤维基材模块，为碳纤维三明治板，具有平面区域和骨材加强区域；

4、复合隔热模块，设置于所述碳纤维基材模块表面，包括平面区隔热单元和骨材区隔热单元，所述平面区隔热单元覆盖于所述平面区域，所述骨材区隔热单元覆盖于所述骨材加强区域，且所述骨材区隔热单元的边缘与相邻的所述平面区隔热单元的边缘在平行于板面的方向上重叠，在厚度方向上通过受压形成紧密接触，构成重叠密封结构；

5、所述平面区隔热单元和所述骨材区隔热单元均包括至少一个第一隔热层和至少一个第二隔热层，所述第一隔热层和所述第二隔热层沿厚度方向层叠，所述第一隔热层具有第一纤维主取向方向，所述第二隔热层具有第二纤维主取向方向，所述第一纤维主取向方向与所述第二纤维主取向方向在平行于所述碳纤维三明治板板面的平面内呈角度交错；

6、固定模块，用于以不穿透所述碳纤维三明治板的方式，将所述复合隔热模块压紧固定于所述碳纤维基材模块表面。

7、优选的，所述平面区隔热单元中，贴近所述碳纤维基材模块的第一层为气凝胶纳米保温毡，其铺设方向沿板面内第一方向；第二层为防火棉，其铺设方向沿板面内第二方向，第一方向与第二方向垂直；第三层为防火棉，铺设方向沿所述第一方向；

8、所述第一层、第二层、第三层各自的拼接接缝，在垂直于板面的投影中互不重合。

9、优选的，所述骨材区隔热单元中，贴近所述碳纤维基材模块的一层采用与所述平面区隔热单元中第一隔热层相同材质的气凝胶纳米保温毡；其余层采用防火棉，且所述防火棉的密度大于所述平面区隔热单元中防火棉的密度，单层厚度小于所述平面区隔热单元中防火棉的单层厚度。

10、优选的，所述重叠密封结构中，所述骨材区隔热单元的边缘与相邻的所述平面区隔热单元的边缘的重叠宽度不小于一层隔热层的厚度，所述受压紧密接触由所述固定模块的压紧力产生。

11、优选的，所述固定模块包括多个固定单元，每个固定单元包括：

12、碰钉，具有底座和穿出杆，底座通过自攻螺丝固定于所述碳纤维基材模块的表面及骨材表面，穿出杆沿厚度方向穿过所述复合隔热模块；

13、压片，套设于所述穿出杆上，压覆于所述复合隔热模块的外表面；

14、锁紧件，与所述穿出杆配合，将所述压片向所述碳纤维基材模块方向锁紧。

15、优选的，所述碰钉的布置间距满足：在所述平面区域内不大于300mm，在骨材两侧区域内不大于320mm。

16、优选的，所述碳纤维三明治板采用乙烯基树脂基体与48k碳纤维增强材料真空成型，碳纤维表层厚度为0.889mm，扶强材表层厚度为3.556mm，芯材厚度为120mm、密度为80kg/m³，横向扶强材规格为宽120mm×高80mm、间距2000mm。

17、优选的，包括：

18、s1.基材准备：提供所述碳纤维基材模块，确定所述平面区域与所述骨材加强区域；

19、s2.平面区铺设：在所述平面区域，将所述第一隔热层沿板面内第一方向铺设，将所述第二隔热层沿板面内第二方向层叠铺设于第一隔热层之上，第一方向与第二方向垂直，且各隔热层的拼接接缝在垂直于板面的投影中错开；

20、s3.骨材区铺设：在所述骨材加强区域，先铺设骨材间部分的隔热层，再铺设骨材正上方部分的隔热层，使骨材正上方隔热层的边缘与相邻的所述平面区隔热单元的边缘在平行于板面的方向上重叠，并通过所述固定模块压紧形成受压紧密接触。

21、优选的，所述步骤s2中，在铺设所述第二隔热层之后，还包括铺设第三隔热层，所述第三隔热层为防火棉，沿所述第一方向铺设，且与所述第二隔热层的接缝错开；所述第一隔热层为气凝胶纳米保温毡；

22、步骤s3中，骨材区采用的防火棉密度大于平面区防火棉密度，单层厚度小于平面区防火棉单层厚度；所述重叠部分通过骨材区防火棉与平面区防火棉的厚度差以及先骨材间后骨材处的铺设顺序，在压紧后形成自密封。

23、优选的，所述步骤s3中所述固定模块的碰钉在骨材两侧区域的布置间距不大于320mm。

24、本发明的技术效果和优点：

25、该装置通过在平面区隔热单元与骨材区隔热单元中均设置纤维主取向方向呈角度交错的第一隔热层与第二隔热层，使热量在穿过层间界面时因两侧优势传导方向不一致而反复转向，起到了在不增加隔热总厚度的前提下延长热传导微观路径、提升单位厚度隔热效率的作用，解决了现有方案中多层隔热材料同向铺设导致热量沿纤维主方向连续传导、仅靠堆叠厚度无法在轻量化约束下稳定达到60分钟隔热性要求的问题。

26、该装置通过将复合隔热模块划分为平面区隔热单元和骨材区隔热单元，并使骨材区隔热单元的边缘与相邻平面区隔热单元的边缘在面内重叠、厚度方向受压形成重叠密封结构，起到了将骨材节点处的线性缝隙转变为迷宫式密封界面、阻断热流短路通道的作用，解决了现有方案中平面铺设的隔热材料在甲板横梁、扶强材等骨材加强区域因基材几何突变难以紧密贴合、形成局部热桥而导致阻火分隔整体性能下降的问题。

27、该装置通过设置以不穿透碳纤维三明治板的方式进行表面压紧固定的固定模块，由碰钉底座配合自攻螺丝紧固于基材表层、压片将点状锁紧力转化为面状均匀压紧，起到了在确保各层隔热材料可靠固定的同时完整保护碳纤维基材结构强度与芯材隔热性能的作用，解决了现有方案中采用贯穿式紧固件固定隔热材料时会破坏碳纤维三明治板结构完整性与芯材隔热能力的问题，从而形成了一套完整适配碳纤维船体结构特性、能够标准化施工且稳定满足船级社60分钟承载阻火分隔要求的整体解决方案。