全 文 ：第 26卷第 1期
2 00 9年 1月
精 细 化 工
FINECHEMICALS
Vol.26, No.1
Jan.2 0 0 9
功能材料
滑石粉对环氧改性有机硅耐高温涂层性能的影响＊
罗　发 ,闫晓红＊ ,黄立军 ,朱冬梅 ,周万城
(西北工业大学 凝固技术国家重点实验室 , 陕西 西安　710072)
摘要:以滑石粉和玻璃粉为主要填料 , 以环氧改性有机硅树脂为基料 , 制备了环氧有机硅耐高温涂层 , 研究了涂
层附着力 、冲击强度及耐急热性能 , 讨论了滑石粉质量分数对涂料性能的影响及影响机理。结果表明:随着滑石
粉质量分数的增加 ,涂层的耐高温性能和力学性能都是先增强后减弱 ,以 35%为最佳;涂层能够经受 600、700和
800 ℃的急热冲击;室温冲击强度为 5 J;600 ℃高温处理后附着力由室温的 9 MPa增大至 32.8 MPa。当滑石粉
质量分数过低 ,玻璃粉质量分数过高时 , 涂层在高温下发泡膨胀不稳定;当滑石粉质量分数过高 , 玻璃粉质量分
数过低时 ,涂层在高温下没有足够的玻璃相 , 不能形成具有一定粘结强度的涂层。
关键词:填料;环氧改性有机硅树脂;耐高温涂料;功能材料
中图分类号:TQ323.5　　文献标识码:A　　文章编号:1003-5214(2009)01-0003-03
InfluenceofTalcumPowderonthePerformanceofEpoxyModified
OrganosilicaneHeat-resistantCoatings
LUOFa, YANXiao-hong＊ , HUANGLi-jun, ZHUDong-mei, ZHOUWan-cheng
(StateKeyLaboratoryofSolidificationProcessing, NorthwesternPolytechnicalUniversity, Xi′an710072, Shaanxi, China)
Abstract:Heat-resistantcoatingswerepreparedwithtalcumpowderandglasspowderasthemain
filersandepoxymodifiedorganosilicaneresinasbinder.Adhesion, impactandthermalshockofthe
coatingswereinvestigated.Efectofthetalcumpowdercontentonpropertiesofthecoatingsandits
influencingmechanismwerediscussed.Theresultsshowthatasthetalcumpowdermassfraction
increases, mechanicalpropertiesofthecoatingsarealimprovedfirstlyandthenweakened, the
optimizedmassfractionofthetalcumpowderbeing35%.Thecoatingsaspreparedcanbearthermal
shockresistanceat600 ℃, 700 ℃ and800 ℃.Impactresistanceofthecoatingatambienttemperature
is5 J.Theadhesionincreasesfrom9 MPato32.8 MPaafterheattreatmentat600 ℃.Thecoatings
withlowtalcumpowdermassfractionintendtoexpandandaquantityofporesformsinthecoatings,
whereasthecoatingswithhightalcumpowdermassfractionfailduetopooradhesion.
Keywords:filer;epoxymodifiedorganosilicaneresin;heat-resistantcoatings;functionalmaterials
Foundationitem:NationalnaturalsciencefoundationofChina(No.50572090)
　　耐高温涂料一般是指温度在 200 ℃以上漆膜不
变色 、不脱落 、仍能保持适当的物理机械性能的涂
料 [ 1] 。耐高温涂料种类繁多 ,传统无机型耐高温涂
料的耐热温度可达 400 ～ 1 000 ℃,甚至更高。无机
型耐高温涂料耐燃性好 、硬度高 ,但漆膜较脆 ,在完
全固化之前耐水性不好 , 对底材处理的要求也严
格[ 2] 。目前 ,用有机硅树脂做成膜物最为普遍 ,有
机硅聚合物具有良好的耐高温性 、表面活性 、生物兼
容性 、低表面张力和优异的耐候性[ 3 ～ 5] 。有机硅耐
高温涂料是以有机硅树脂作为基料 ,配以各种耐高
＊ 收稿日期:2008-07-23;定用日期:2008-09-04
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.50572090)
作者简介:罗　发(1963-),男 ,西北工业大学材料学院教授 ,主要从事高温结构材料和功能材料研究 , 电话:029 -88494574, E-mail:
gslfa@ 126.com。
联系人:闫晓红(1980-),女 ,硕士研究生 ,师从罗发教授 ,主要从事耐高温涂层的研究 ,电话:13709148846, E-mail:yan xiao hong@
126.com。
DOI :10.13550/j.jxhg.2009.01.009
温填料而制备的 。据报道 ,目前国外已研制出能耐
1 370 ℃高温的有机硅耐高温涂料[ 6] ,我国自从 20
世纪 70年代开展此方面的研究以来 ,也取得了突破
性的进展 ,已经研制出可耐 1 200 ℃高温的有机硅
-陶瓷涂料 。但由于对涂料的耐高温性能测试方法
单一(程序升温法)[ 7 ～ 13] ,所以研究涂料的耐急热性
能 ,尤其是填料对涂料耐急热性能影响尤为重要 ,对
耐高温涂料在某些特殊领域的应用具有重要意义 。
相关的研究国内外报道较少。
作者通过系列实验 ,探索研究了滑石粉的质量
分数对环氧有机硅涂料耐急热性能 、附着力以及冲
击强度的影响 ,并讨论了影响机理。
1　实验部分
1.1　原料
基料:环氧有机硅树脂 (固体份质量分数为
50%);溶剂:二甲苯(工业品);填料:玻璃粉(软化温
度 600 ℃)、有机土 、滑石粉;固化剂:聚酰胺树脂。
1.2　涂层制备
按不同比例将填料 、溶剂 、固化剂和树脂混合后
球磨 2.5 h,使其分散均匀后制成漆料 。为使涂层获
得较好的耐高温性能和力学性能 ,涂敷前对高温合
金基材表面要进行打磨 ,除掉表面氧化层并进行超
声波清洗 ,待基材表面干燥后进行涂覆 ,在 120 ℃烘
烤固化 4 h,涂覆厚度为 2 mm。
1.3　涂层性能测试
附着力:按照 GB1723— 79测定 。
冲击性能:按照 GB1732— 79测定。
耐高温性能:将涂有耐高温涂料的高温合金片
迅速分别置于 600、700和 800 ℃的电阻炉中 ,保温
10 min后取出 ,在室温下自然冷却 ,用放大镜观察并
记录涂层表面是否有开裂 、起皮 、鼓泡及剥落现象 。
用扫描电子显微镜(日本 JEOL公司 , JSM-
6360LV)观测试样的断口形貌 。
2　结果与讨论
2.1　涂层的耐高温性能
滑石粉的质量分数对涂层耐急热性能的影响见
表 1〔其中 w(树脂)=30%〕。
表 1　滑石粉的质量分数对涂层耐高温性能的影响
Table1　Effectoftalcumpowdermassfractiononresistanceof
thecoatingstohightemperature
w(玻璃粉)/% w(滑石粉)/% 600 ℃ 700℃ 800 ℃
25 45 有掉粉现象 有掉粉现象 有掉粉现象
35 35 涂层完好 涂层完好 涂层完好
45 25 涂层完好 变黑 变黑 、膨胀
55 15 涂层完好 轻微膨胀 严重膨胀
70 0 变黑 膨胀 、脱落 严重膨胀
　　玻璃粉与滑石粉的质量分数对涂层的耐急热性
能有至关重要的影响。玻璃粉和滑石粉质量分数均
为 35%的涂层经 600、700和 800 ℃急热处理后涂
层完好 ,显示了很好的耐急热性能 。这是由于滑石
粉会与环氧有机硅树脂官能团发生化学反应 ,形成
具有一定粘接力和防护力的硅氧键[ 14, 15] ,使涂层能
继续承担一定的热负荷 ,而且此涂层具有与基材相
匹配的膨胀系数 ,保持了涂层的结构稳定性 。
2.2　涂层结构
图 1是滑石粉质量分数为 35%的涂层经不同
高温处理后的 SEM照片 。
a— 600 ℃;b— 700 ℃;c— 800 ℃
图 1　涂层在不同处理温度下的断口形貌照片(×1000)
Fig.1　Fracturephotographsofcoatingstreatedatdiferenttemperatures(×1000)
　　可以看出 ,经 600和 700 ℃处理后的涂层结构
差别不大 , 其中的絮状物是树脂燃烧所生成的
SiO2;在 800 ℃处理后 ,涂层变得致密 ,树脂燃烧分
解产生的气体通过其间的孔隙逸出 ,所以在涂层中
留下了大量气体逸出的开口气孔。
2.3　涂层附着力
图 2是 600 ℃高温处理前后涂层附着力的变
化。可以看出:随着滑石粉质量分数的增加 ,未处理
的涂层附着力由 4.5 MPa增加到 11 MPa。当 w(滑
石粉)>25%后 ,涂层的附着力开始下降 。这是因
为片状填料滑石粉能提高漆膜的挠曲刚度 ,从而提
高漆膜附着力 ,但由于其吸油量大 ,使涂料的黏度增
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加很快 ,高黏度降低涂料在基材表面的流动性和渗
入性 ,从而降低附着力 ,所以使用量必须适当 [ 16] 。
图 2　600℃高温处理前后涂层附着力的变化
Fig.2　 Variationofadhesivepowerwithandwithouthigh
temperaturetreatment
可以看出:600 ℃处理后 ,滑石粉质量分数为
15% ～ 35%的涂层附着力较高温处理前均有明显提
高。这是因为在 600 ℃高温下 ,滑石粉会与环氧有机
硅树脂官能发生化学反应 ,形成新的硅氧键 [ 14, 15] 。
此外 ,玻璃粉软化后的粘结作用 ,也会使涂层的高温
附着力升高。 35 ℃附着力达最大值 32.8 MPa。
2.4　抗冲击性能测试
由于此涂层为一次性使用涂层 ,所以只考察了
涂层的常温抗冲击性能 ,结果见图 3。
图 3　涂层的冲击强度与滑石粉质量分数的关系
Fig.3　Relationshipbetweenimpactpowerofcoatingandthe
massfractionoftalcumpowder
随着滑石粉质量分数的增加 ,涂层的抗冲击强
度先增加后减小 ,当 w(滑石粉)=35%时 ,涂层的抗
冲击强度获得最大值 5 J。这是因为漆膜的抗冲击
性能与漆膜的挠曲刚度和漆膜本身强度有密切关系。
如前所述 ,滑石粉可以提高漆膜的挠曲刚度 ,但当滑
石粉质量分数为 45%时 ,由于其吸油量大 ,致使漆膜
强度差 ,抗冲击性能反而降低 。
3　结论
(1)随着滑石粉质量分数的增加 ,涂层的附着
力和冲击强度都是先增加后降低 ,当 w(滑石粉)=
25%时 ,未处理的涂层附着力达到最大值 11 MPa,
涂层的冲击强度在 w(滑石粉)=35%时 ,获得最大
值 5 J。
(2)随着滑石粉质量分数的增加 ,涂层的耐急
热性能提高 ,当 w(滑石粉)=35%时 ,涂层经 600、
700和 800 ℃急热处理后 ,表面均完好 ,显示了很好
的耐急热性能 。
(3)w(滑石粉)=15% ～ 35%的涂层经 600 ℃
高温处理后 ,附着力显著提高 ,最大值为 32.8 MPa。
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