航空航天等许多高精尖产品的关键零部件如航空发动机气冷式叶片、陀螺仪表零件等都设计有许多微孔，以完成特定功能，从而提高产品的性能。

飞机和导弹发动机必须在叶片及火焰筒上通过激光打孔技术加工出许多冷却孔。激光打孔前通常需要在工件表面涂布一层保护涂层，以防激光打孔时产生的飞溅物在不需加工的工件表面形成结痂。加工完毕，又可以去除该保护涂层而不在工件表面留下痕迹，可应用可剥性保护涂层达到该目的。可剥性保护涂层用途广泛，可用于飞机制造、机械加工、电子行业、电镀、阳极氧化等化学表面处理，其作用是涂覆于不需加工的金属及非金属表面以保护工件。与用于钢材、零部件和仪器设备表面而在运输和贮存过程中防止来自酸雨、水汽、油污、微生物等多方面的侵蚀以及人为摩擦、刮伤等的可剥性保护涂层相比，对用于激光打孔的可剥性保护涂层要求更高，一方面要求涂层具有良好的耐热性，以免被激光打孔时产生的飞溅物熔化而不能起防护作用，另一方面又要求涂层对于被加工的基体具有较大附着力，以防激光打孔时吹气条件下产生的气流将涂层掀起。

本文研究一种用于吹气条件下激光打孔的可剥性耐高温保护涂料，它具有良好的耐热性，同时对于被加工基体有较大的附着力。有机硅高分子主链为—Si—O—结构，侧链为有机基团，兼具有机和无机的特性，具有优异的热稳定性。虽然孙幼红等 报道了一种有机硅可剥离涂料，但是该涂料对于基体的附着力不够高，不适合作为吹气条件下激光打孔的可剥性保护涂料。

为此本研究设计了一种基于有机硅改性环氧树脂的可剥离涂料，它同时具有环氧树脂良好的粘接性能和有机硅的优良耐热性。关于有机硅改性耐高温环氧树脂的报道比较多，商品化环氧树脂的化学改性常采用的方式是通过有机硅单体或者低聚物结构中的羟基、氨基、烷氧基等官能团与环氧树脂的环氧基或侧链上的羟基之间的化学反应，获得有机硅改性环氧树脂。

本文将液体环氧树脂（E–51）与羟基硅油（α，ω– 二羟基聚二甲基硅氧烷）在有机锡（二月桂酸二丁基锡）催化作用下反应，合成一种环氧（树脂）改性有机硅聚合物，将它作为成膜物，进一步配制一种室温可固化的可剥性防飞溅耐高温保护涂料。测试了该涂料在吹气条件下激光加工的防飞溅性能。

试验部分

醋 酸 丁 酯、丙 酮、乙 烯 基 三 乙氧基硅烷（A–151）、二月桂酸二丁基锡（DBT）、Ti 螯合物（二异丙氧基 双（乙 酰 丙 酮 基）钛）都 是 AR，来自阿法埃莎（天津）化学有限公司；氢氧化镁、氢氧化铝、石墨粉、二氧化钛，粒径均为 600 目，都是 CP ；E–51 液体环氧树脂来自蓝星新材料无锡树脂厂；DY–OH502 羟基硅油（α，ω– 二羟基聚二甲基硅氧烷，50×10–3Pa·s）及 DY–201 硅油（二甲基硅油，50×10–3Pa·s）来自山东大易化工有限公司。

在 一 个 油 浴 锅 内 放 置 一 个250mL 装有电动搅拌器、温度计和加料漏斗的四口烧瓶中，添加 100mL醋酸丁酯、4g DBT，按照表 1 所示配方，在 90~120℃ 下反应 2h。反应完毕，在真空下旋蒸出溶剂，再用丙酮纯化，再次真空旋蒸出溶剂后备用。

表1 环氧改性有机硅聚合物（ER–m–SP）的主要配方（质量份）

Table 1 Main formula of epoxy modified 

silicone polymer（ER–m–SP）（parts by mass）

将 前 述 制 备 的 改 性 有 机 硅 聚合物（ER–m–SP）作为主要成膜物（100 质量份），DY–201（20 质量份）作为辅助成膜物，添加固化交联剂（A–171）（20 质量份）、无机填料、催化剂混合物和溶剂醋酸丁酯（50 质量份），按照表 2 所示配方混匀。涂布在 1mm 厚、规格为 60×60 的不锈钢片上，常温下放置，自然晾干，形成约0.5mm 厚的涂层，用于激光打孔试验。

表2 防飞溅涂料的基本配方（质量份）

Table 2 Basic formula for anti-spatter coating（parts by mass）

结果与讨论

对于合成产物的分析发现，表 1中的配方 1 在 90℃ 下反应 2h，反应不完全，所以不用该配方的合成产物进一步配制防飞溅涂料。通过凝胶渗透色谱（GPC）分析法，测定了（表 1 的）4 个配方对应的产物的分子量及其分布，结果如表 3 所示。在120℃ 下反应 2h，反应已完全，于是进一步分析了产物的化学结构，并进行耐热性测试。

表3 环氧改性有机硅聚合物的GPC分析结果

Table 3 GPC analysis results of epoxy modified silicone polymer

以样品 2# 为代表，进行了 FT–IR 分析，结果见图 1。图中，2960cm–1处的峰是有机硅树脂分子中—CH3的伸缩振动吸收峰，1251cm–1 处的峰是 C—O—C 对称伸缩振动吸收峰，1077cm–1 处的峰是 Si—O—Si 伸缩振动吸收峰，1007cm–1 处的峰是Si—O—Si 的反对称伸缩振动吸收峰，783cm–1 处的峰是 Si—C 键伸缩振动吸收峰。这说明有机硅树脂通过分子中的羟基与环氧树脂分子中的环氧基有效地进行了反应，使二者通过化学键结合成一体。

图1 样品2#的FT–IR谱图

Fig.1 FT–IR spectrum of sample 2#

样品 1# 的合成温度偏低，反应不完全，导致聚合物产物分子量偏低。样品 2#~4# 的聚合物分子，无论是重均分子（Mw）还是数均分子量（Mn）都随着羟基硅油含量的增大而增大。下文对于样品 2#~4# 进行耐热性分析。

由图 2 可见，改性有机硅聚合物的耐热性随着共聚物中羟基硅油含量的增加而增强。改性有机硅聚合物发生 50% 以上分解的温度（T50）都高于 350℃，而且基本随着聚合物中有机硅成分含量的增大而升高。

图2 2#~4#样品的TG曲线

Fig.2 TG curve of 2#~4# samples

其中，4# 样品（羟基硅油质量分数占 30%）发生 50% 分解的温度约 380℃，3# 样品（羟基硅油质量分数占 70%）发生 50% 分解的温度约405℃。包括环氧树脂的常规聚合物在350℃ 即分解了 50% 以上；此外，不含氟硅的常规聚合物在加热到400℃ 以上，残余物质量分数一般小于 20%。

本课题的改性有机硅聚合物在加热到 450℃ 以上，残余物质量分数均大于 20%。不同样品的热稳定性随着环氧树脂相对含量的增大而减小，4# 样品由于环氧树脂相对含量都低于其他样品，所以，加热到400℃ 以上时残余物质量分数约为25%，其他样品被加热到 430℃ 以上，残余物质量分数也大于 25%。其中，3# 即使加热到 500℃ 以上，残余物质量分数也不低于 30%。

结 论

（1）液体环氧树脂（E–51）与羟基硅油（α，ω– 二羟基聚二甲基硅氧烷）在二月桂酸二丁基锡催化作用下，于 120℃ 下反应 2h，成功合成了环氧树脂改性有机硅聚合物。

（2）该聚合物的耐热性随羟基硅油相对含量的增大而提高，改性有机硅聚合物发生 50% 以上分解的温度（T50）均高于 350℃。即使加热到500℃ 以上，当合成的改性有机硅聚合物中羟基硅油质量分数为70% 时，残余物质量分数不低于30%。

（3）以此改性有机硅聚合物为主要成膜物配制的防飞溅涂料，当合成的聚合物中羟基硅油质量分数为50% 时，涂层具有良好的防护作用，但是涂层的可剥性一般。含有石墨粉添加剂的涂层，在激光打孔后，用刮刀难以清除干净残余的涂层。当合成的聚合物中羟基硅油质量分数达到 70% 时，制备的涂层能有效地发挥防飞溅作用，既具有良好的可剥性，又不被气流掀起，起到了很好的保护作用，有效提高了发动机叶片激光打孔的质量。