1。3。1 热防护涂层工作原理

热防护涂层的防护效果主要从四个方面考虑：(1)热防护涂料的机械强度；(2) 热防护涂料在 300℃左右的热稳定性；(3)热防护涂料的导热能力；(4)热防护涂料 在超高温条件下的抗火焰灼烧和炭层阻燃效果。

飞机发动机喷口周围的材料一般为铝合金、钦合金和聚合物基复合材料等， 质量较轻但熔点较低，所以在保证材料表面的热防护涂层能够长期使用的同时， 还需具有一定的力学强度和较低的导热系数，减少热量的传递，防止内部材料在 气动加热环境下超过允许温度。

有机硅热防护涂料在高温燃烧时会发生一系列物理化学反应最后生成厚厚 的一层致密的硅层和炭层，硅层和炭层的导热系数较低，能很好地阻碍热量的传 递，保护内部的涂层和金属材料。

1。3。2 热防护涂层设计原则

热防护涂料由有机聚合物、阻燃添加剂和各种具有改性增强作用的填料制备 而成。热防护涂料的制备需按照以下原则：

(1)有机聚合物、阻燃添加剂和填料之间能够相容； (2)具有一定的交联度和分子量； (3)适当的固化温度，常温固化最好； (4)涂料应具有良好的附着性和力学性能；

制备防护涂层时应从各方面因素考虑，选择有机聚合物时需对比 R/Si 值和 Ph/Me 值。如固化较为缓慢可添加一定比例的固化剂。耐热填料能够增强防护涂 料的耐热性能和烧蚀性，以及减小涂料的导热系数。如中空玻璃微球、Si0:微球、 膨胀珍珠岩，在高温分解时与炭层或硅层协同发挥作用，增强防护涂料的很多方 面的性能。但是添加大量的轻质耐热填料会降低涂料的力学性能，而例如金属氧 化物微纤、高硅氧纤维、高铝纤维等增强填料可以增强涂料的力学性能和机械强 度[19-23]。

在材料表面涂粘接底涂不但能提高热防护涂层与材料的附着能力，而且还能 增强材料的防腐性能。粘接底漆类似于防护涂料，主要由硅树脂和填料构成。填 料主要分为轻质耐热型填料和体质型填料两种，轻质耐热填料一般 400℃左右使 用，能够长期有效对金属有耐热、防腐、钝化作用，而体质型填料能提高漆膜抗 张强度，主要有云母粉、滑石粉等。

飞机在高空飞行时，发动机喷气口金属热防护涂层与高速热气流接触，在涂 层表面再涂一层保护瓷漆能够有效的降低飞行阻力，并且防护涂层的抗热气流冲 刷性和耐热性得到了显著的提升。瓷漆的组成与粘接底漆相似，亦可由硅树脂和

各种填料组成，填料中的硅酸盐和金属氧化物能够使漆面光滑且高温稳定，减小 飞行阻力，适量的加入一些玻璃纤维可以降低体系的熔点，有利于瓷漆在高温分 解时形成致密的硅层。

1。3。3 国内外热防护涂层研究进展

1。4 本研究目的和意义

有机膨胀型耐高温涂料在高温环境下可炭化形成均匀致密的海绵状炭层，并 且所生成的炭层比较厚，达到原来涂层厚度的几十倍，能够表现出优异的阻燃效 果。炭层不仅具有良好的隔氧隔热效果，涂层中的阻燃添加剂在受热分解时可生 成不可燃性气体稀释涂层表面的氧浓度，这使得膨胀型耐高温涂料效果显著，涂 层可以比较薄，但由于其中有些组分具有水溶性，易受潮且强度较差。针对此类 问题，本实验制备新型热防护涂层，以考察其涂层的热防护能力及力学性能。

在较低温度段，高分子材料形成连续涂层，保护金属表面；但是环氧树脂材 料自身的热稳定性决定了其在 300 ℃左右开始分解，需要添加各种增效填料和阻 燃剂发挥涂层在高温环境下的保护作用。另外，由于高分子材料往往具有可燃性， 加入的助剂需要有阻燃功能，并能够在高温下形成致密的保护膜，保护金属表面； 膨胀型阻燃剂是一种高效，无毒环保的阻燃剂，也是目前阻燃化学研究最热门的 领域。膨胀性阻燃剂通过组成成分碳源、酸源、气源在高温环境下协同阻燃，炭 化形成均匀致密的海绵状炭层，炭层不但可以阻止氧气进入正在燃烧的聚合物表 面，抑制火势蔓延，而且产生的不可燃气体可使炭层膨胀，减少热量的传递并阻