关键词：
消防机器人
热防护
玄武岩纤维
聚氨酯
热传导
阻燃隔热
摘要：
随着城市化进程的不断加速,火灾事故的发生频率显著增加,消防机器人在火灾救援中的重要性愈发突出。然而,消防机器人在高温环境下的热防护问题已成为影响其性能的关键制约因素。针对消防机器人在高温环境下的热防护需求,研究了基于玄武岩纤维（BF）和聚氨酯（PU）的多层结构热防护材料,旨在提升材料的隔热性能、阻燃能力和柔韧性,以增强对消防机器人及其灵敏部件的热防护效果。
首先,通过有机硅树脂（OSR）对热塑性聚氨酯（TPU）进行改性,制备了OSR/TPU复合膜,并结合玄武岩纤维织物和芳纶1313（PA）纤维面料,采用熔融热压技术制备了具有异质层级结构的BF-OSR/TPU-PA多层结构热防护材料。实验结果表明,该多层结构热防护材料在隔热性能、阻燃性能和力学性能方面均取得了显著提升。OSR/TPU膜的加入有效填补了BF织物的空隙,降低了热传导,提升了隔热效果。多层结构热防护材料的导热系数从0.51 W/m K降至0.12 W/m K,隔热温差（?T）从29℃提升至56℃,极限氧指数满足了阻燃标准。
其次,在BF-OSR/TPU-PA多层结构热防护材料的基础上进一步研究了BF/Si-PU/SiO2多层结构热防护材料的制备与性能。通过化学接枝和物理填充改性,制备了Si-PU/SiO2多层结构热防护材料,并结合玄武岩纤维织物,采用熔融热压技术制备了BF/Si-PU/SiO2多层结构热防护材料。实验结果表明,该多层结构热防护材料在隔热、阻燃和柔韧性等方面均表现出色。BF/Si-PU/SiO2多层结构热防护材料的导热系数从0.51 W/m K降至0.09 W/m K,温差（?T）从29℃提升至54℃,LOI值从16%提升至40.5%。
最后,基于热传导理论,利用COMSOL软件对消防机器人内部电子器件的散热性能和外部隔热性能进行了仿真分析。通过相变储热技术,优化了内部电子器件的散热设计,并确定了相变材料的最佳用量和厚度。此外,通过外部隔热设计的仿真分析,验证了多层结构热防护材料在高环境下的热防护效果。仿真结果表明,所制备的多层结构热防护材料能够有效降低热传导,提升消防机器人在高温环境下的工作稳定性。
综上所述,通过材料改性和复合技术,成功开发了具有优异隔热、阻燃和柔韧性性能BF/Si-PU/SiO2多层结构热防护材料,并通过仿真验证了其在消防机器人热防护中的应用潜力。该研究为消防机器人在高温环境下的热防护提供了新的解决方案,具有重要的实际应用价值。
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