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党文伟，等：高超声速飞行器烧蚀型防热涂层研究进展
反应并在基体表面形成防护涂层， 其防热机制如图 1
所示。 2 烧蚀型防热涂层的基本组成
烧蚀型防热涂层是烧蚀型防热涂料固化后的产
物，其主要由基体树脂、功能填料、固化剂、功能助剂
等组成。 基体树脂、功能填料、功能助剂是烧蚀型防热
涂层的主要组成部分，并对涂层性能有重要影响。
2.1 基体树脂
基体树脂属于有机聚合物，它的选用对涂层的性
能起决定性作用。 烧蚀型防热涂层应选用具有高成
碳性、低线烧蚀率、高耐热性的有机聚合物作为基体
[7]
树脂 。
图 1 烧蚀型防热涂层防热机制
国内外烧蚀型防热涂层的研究主要以聚氨酯、环
烧蚀型防热涂层的有机聚合物一般在 250～350 ℃
氧树脂、酚醛树脂和有机硅树脂为基体树脂。 表 1 比
开始发生热分解，放出小分子气体，气体扩散会带走
[5]
大量的热量 。 随着温度进一步升高，有机聚合物的侧 较了烧蚀型防热涂层常用有机聚合物的烧蚀性能和
主要优缺点。 从表中可以看出，聚氨酯和环氧树脂防
链首先发生断裂，主链上发生炭化反应，形成坚硬致
热涂层的力学性能突出， 耐高温性能却不尽如人意，
密的炭化层。 涂层内部不稳定的有机聚合物通过炭化
而烧蚀性能优异的有机硅树脂和酚醛树脂却存在着
层与外部高温环境隔离，炭化层充当高温隔热保护层
[6]
的作用 。 此外，涂料中的功能填料和助剂在高温环境 施工工艺差的问题。 显然，传统材料存在一定的缺陷，
需要对其进行改性，以获得更好的综合性能。
下会参与熔化、相变或者高吸热的化学反应，吸收大
[8]
王百亚 通过环氧改性有机硅树脂制备耐高温防
量的热量，阻碍热量进一步向内部传递。
表 1 烧蚀型防热涂层常用有机聚合物性能
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有机聚合物名称 线烧蚀率（A · R/mm · s ） 主要优缺点
聚氨酯树脂 0.72 粘接性能优异，线烧蚀率较高
环氧树脂 0.36 力学性能优异，耐高温性能差
酚醛树脂 0.31 成碳率高，高低温交变时易开裂
有机硅树脂 0.37 耐高温性能优异，粘接性能差
热涂层，改性后的树脂充分综合了环氧树脂优良的力 改性环氧树脂防热涂层具有更低的线烧蚀率（0.2 mm/
2
学性能和有机硅树脂的耐高温性能，其涂层材料的热 s），更低的质量烧蚀率[0.13 g/( cm· s)]，具有更好的防
导率为 0. 271W /( m · K )，比热容为 2. 689 J /( g · K )， 热性能。 国内外学者为了解决酚醛树脂耐热性差、固
涂层具有优良的隔热性能、耐热性能以及良好的附着 化收缩率高等问题， 通过引入芳环或芳杂环对其改
力， 可用于 T700 /4319 复合材料壳体外表面的热防 性，大幅提高其烧蚀性能 [11-15] 。
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护。 郭亚林 通过比较硅橡胶、环氧树脂和有机硅树脂
2.2 功能填料
改性环氧树脂 3 种基体树脂体系，制备了有机硅改性
环氧树脂防热涂层， 将固化好的 2 mm 厚涂层材料置 功能填料是烧蚀型防热涂层另一个主要组成部
于 500 ℃马弗炉中进行耐热性测试，结果表明，涂层 分，它是一种混合物，一般由金属氧化物、无机盐、纤
烧蚀 5 min 后无鼓包粉化现象， 涂层具有较高的耐热 维材料等组成。 表 2 介绍了几种常用填料及其功能。
[10]
性、隔热性和良好的附着力。 郑天亮 采用有机硅分别 一般而言，功能填料的主要作用是：降低涂层密度和
对环氧树脂和酚醛树脂进行改性并制备了低密度烧蚀 热导率，增加涂层的耐热性和隔热性，提高涂层机械
型防热涂层，通过对涂层的性能进行对比，发现有机硅 强度和抗气动冲刷的能力，并且具有与炭化层反应的
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