隔熱和耐燒蝕是熱防護的主要目標，具有隔熱耐燒蝕性能的熱防護織物可在外界火焰和使用者之間提供一道保護屏障，避免使用者直接接觸火焰，并阻隔外界熱量以熱對流、熱輻射、熱傳導形式傳遞給使用者，保證其在高溫環境中安全工作。在各類熱防護纖維材料中，玻璃纖維因其具有不燃燒，質量輕，化學穩定性好，強度高，保溫效果好，價格低等優勢，得到企業和研究人員的青睞。但將玻璃纖維織成織物后，由于織物組織內存在孔隙，織物受熱后熱氣流、火焰和輻射線可透過織物內的孔隙向織物背面遞：有些火花或鐵水噴濺到玻璃纖維織物上后可嵌入織物內的孔隙，容易對人體或設施造成傷害。苯甲基有機硅樹脂以Si-O-Si鍵為主鏈，在織物遇熱后可在其表面生成富含Si-O-Si鍵的穩定保護層，且苯環結構在碳化后可以形成堅硬的碳層，從而減輕對基材內部的傷害。

本文以苯甲基有機硅樹脂為基體，通過添加耐熱填料或其他功能性填料制備復合有機硅涂層液，對玻璃纖維織物進行涂層，開發出可廣泛用作建筑耐火材料、航空航天熱防護材料、軍事材料、電焊及煉鋼爐前的防火花、鐵水飛濺材料，高溫管道及容器隔熱保溫材料等功能性紡織品。

1試驗部分

1.1試驗材料

    無堿玻璃纖維織物(平紋，經緯密為110根，10 cm×80根／10 cm，面密度為439. 04 g/m2，厚度為0.4 mm)：苯甲基硅樹脂（含固量50%，上海樹脂廠）：硅灰石粉(38 ym)：氣相法白炭黑：云母粉和三氧化二鉻(38 ym)：無水乙醇（分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司）。

1.2試驗方法

    預處理：用乙醇將玻璃纖維布表面擦凈，再浸軋苯甲基有機硅樹脂，然后在100℃焙烘10 min。

    制備涂層液：在有機硅樹脂溶液中添加白炭黑、云母粉、硅灰石粉、三氧化二鉻等填料，攪拌使其溶解均勻，制備成復合有機硅涂層液。

    涂層與烘干：將復合有機硅涂層液刮涂于預處理后的玻璃纖維織物正面，在80℃預烘15 min，100℃烘30 min：然后對織物反面進行涂層（正反2面的涂層厚度均控制在60}Lm），80 aC預烘30 min，100℃烘60 min;{zh1}將經2面涂層后的織物在220℃焙烘30 min，即制得隔熱耐燒蝕玻璃纖維織物。

1.3測試方法

1. 3.1隔熱性能測試

    將涂層織物試樣剪成直徑為4 cm的圓片，用酒精噴燈外焰（1 000℃左右）對織物正面中心進行加熱，記錄織物背面中心位置的溫度，繪制出試樣背面溫度塒間曲線。加熱試樣使其背麗溫度相同，所用的時間越長，說明織物隔熱性能越好。

1.3.2熱重分析

    采用STA409PC熱重分析儀（德國NETZSCH）對玻璃纖維織物進行熱重分析，氣氛為空氣，升溫區間為室溫到1 000℃，升溫速率為10℃/min。

1.3.3燒蝕試驗

    將切割機打磨鐵棒噴出的火星對準玻璃纖維織物直接噴射30 s，觀察火星對織物表面的燒蝕情況，再將上述燒蝕過的織物豎直立于鋼板上，接通交流電焊機，電焊機噴出的火焰直接燒蝕30 s，觀察電焊機火焰對織物的燒蝕情況。

2  結果與討論

2.1  白炭黑對涂層織物隔熱性能的影響

    自炭黑主要成分為二氧化硅，是一種白色、md、無定形微細粉狀的無機硅化合物，其化學穩定性好，具有很好的耐高溫、不燃燒特性：此外，白炭黑以附聚體的形式分散在基體中形成二維網狀交聯結構，從而對樹脂溶液起到增稠和補強的作用。在涂層過程中發現，白炭黑對涂層液的黏稠性影響很

大，當其在涂層液中的質量分數為1%、5%時，涂層液明顯地滲透到織物背面，而當白炭黑質量分數為10 010時，涂層液才能在織物表面順利成膜。圖1示

出白炭黑用量對涂層織物隔熱性能的影響。

    涂層液中白炭黑所占質量分數由1%增加到5%，織物背面達到相同溫度所用時間逐漸減少。這是因為有機硅樹脂具有較低的玻璃化溫度，在燒蝕過程中容易發生降解，變成熔融的Si0，和各種低分子氣體產物，氣體的揮發會產生較大的吸熱反應，降低玻璃纖維織物基材的溫度。隨著白炭黑用量的增加，單位體積硅樹脂涂層液中所含的硅樹脂減少，導致涂層織物隔熱性能有所降低。

    2.2云母粉對涂層織物隔熱性能的影響

    云母粉是由云母直接加工制得的，是一種含Al、Mg的硅酸鹽。云母粉結構為片狀填料，可增強涂層的耐熱和抗裂性能。圖2示出云母粉用量對涂層織物隔熱性能的影響。

    由圖2可見：在燒蝕過程中，當涂層玻璃纖維織物背面溫度低于80℃時，3塊涂層織物背面達到相同溫度所用的時間很接近：當織物背面溫度升高到80℃以上時，升高到相同的溫度，云母粉質量分數為5qo的試樣所用的時間最長。因此云母粉的較優質量分數為5%。

2.3硅灰石粉對涂層織物隔熱性能的影日向    硅灰石粉屬于鏈狀偏硅酸鹽，呈纖維狀、針狀粉體。硅灰石粉的晶體結構和形態決定了其具有良好的耐熱、耐候、絕緣和補強性能，提高了涂料的光澤、耐洗刷和抗風化性能

     硅樹脂溶液中加入硅灰石粉填料制備的涂層玻璃纖維織物試樣在燒蝕時，試樣背面升高相同的溫度，硅灰石粉質量分數為2%和5%的涂層織物所用的時間基本接近，且所用時間明顯長于硅灰石粉質量分數為8%的涂層織物，說明硅灰石粉的較優質量分數為2%—5%。

    有機硅樹脂中添加金屬及金屬氧化物如三氧化二鐵、三氧化二鉻、三氧化二鋁、氧化鋯等，在高溫作用下樹脂中Si-0可與金屬M形成M-Si-0網絡，既起到了骨架作用，又起到了耐高溫作用013：此外金屬氧化物還可起到為涂層液著色的作用。圖4示出三氧化二鉻用量對涂層織物隔熱性能的影響。  

    由圖4可見，在有機硅樹脂溶液中加入Cr203，制備的涂層織物，當其背面溫度相同時，Cr203，質量分數為5%、10%、15%o的3塊織物所用的時間相差很小：為了減少Cr203，的用量，同時又迭到為涂層織物著色的目的，Cr203的較優質量分數為5%。

2.5  正交試驗設計

    在硅樹脂溶液中加入5qo的Cr203，，設計三因素三水平的正交試驗L，制備涂層玻璃纖

維織物并測試其隔熱性能。   

    3種無機填料對涂層玻璃纖維織物隔熱性能的影響大小為：白炭黑>硅灰石粉>云母粉a{zy}的填料配方為：白炭黑選取3水平，云母粉取3水平(8%)，硅灰石粉選取2水平(4%)。對該{zy}配方進行驗證試驗，測得在該配方下涂層織物背面溫度達到200℃所需的時間為8.4 s。

    比較普通玻璃纖維織物（未涂層）、僅用硅樹脂涂層的玻璃纖維織物（未添加填料）和{zy}配方涂層織物在加熱過程中其背面的溫度塒間曲線，結果如圖5所示。

    由圖5可見，織物背面達到相同溫度所需時間長短為：{zy}配方涂層織物>僅用硅樹脂涂層的織物>普通玻璃纖維織物。這表明填料的加入有利于提高涂層織物的隔熱性能：{zy}配方涂層織物背面溫度達到0℃需要8.4 s，遠大于普通玻璃纖維織物所需的3.0 s，這說明玻璃纖維織物表面的涂層可顯著抵擋大部分熱量、火焰和輻射線的透過，起到良好的隔熱作用。

2.6熱重分析

    玻璃纖維織物的熱重分析結果見圖6。由圖6(a)知，僅涂硅樹脂的玻璃纖維織物在390.0℃開始熱分解，而復合硅樹脂涂層織物在442.0℃方開始熱分解，比僅涂硅樹脂織物的開始熱分解溫度提高了52℃。由圖6(b)知，僅涂硅樹脂織物分別在442.2、528.9、634.7℃達到第1、2、3次失重速率的{zd0}值，而復合硅樹脂涂層織物分別在495.0、618.9、721.3 aC達到第1、2、3次失重速率的{zd0}值。可見復合硅樹脂涂層織物的開始熱分解溫度、3次達到{zd0}失重速率的溫度均顯著提高，說明復合硅樹脂涂層液制備的涂層玻璃纖維織物具有更好的耐熱性，這與圖5中復合硅樹脂涂層織物具有更好的隔熱性能相一致。

2.7燒蝕試驗分析

    利用交流電焊機火焰對普通玻璃纖維織物和復合硅樹脂涂層玻璃纖維織物進行燒蝕，結果見圖7。

由圖可見，在燒蝕后普通玻璃纖維織物表面殘留很多小黑點且織物中心有近圓形的黑色斑塊，小黑點是電焊機噴射的火花殘竄在織物孔隙造成的，而黑色圓斑是織物在燒蝕時電焊機火焰燃燒產生的氣體物質殘留在織物上造成的，且燒蝕時發現部分火焰可穿透織物。而對涂層玻璃纖維織物進行燒蝕，

噴濺到織物表面的火花瞬時被反彈出來，并未在織物上留下小黑點狀的金屬屑，且涂層結構可明顯阻擋火焰穿透織物，對織物背面的人或物體可起到良好的熱防護作用。

    3  結論

    以玻璃纖維織物為基材，通過在苯甲基硅樹脂溶液中添加耐熱無機填料的方法制備復合有機硅樹脂，再對玻璃纖維織物進行涂層制備隔熱耐燒蝕玻璃纖維織物，涂層結構可有效阻擋火焰、火花、輻射線和大部分熱量直接進入織物。與普通玻璃纖維織物相比，復合有機硅樹脂涂層玻璃纖織物的隔熱性能顯著提高，并可有效防止火花嵌入織物內部，提高了玻璃纖維織物的整體熱防護性能。