本报告为美国南方研究所于1971年3月提交给美国海军航空系统司令部的最终技术报告，系统总结了1970年1月至1971年1月期间开展的高速飞机抗雨蚀涂层研究工作。报告核心目标是开发一种能够保护高速飞机前缘免受雨蚀破坏的新型聚合物涂层材料，同时满足雷达透明、成本可控、施工简便以及耐燃料、润滑剂、脱漆剂、高低温和盐雾等多重严苛要求。
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一、研究背景与技术路线
高速飞机在飞行过程中，其前缘（如机翼和机身头部）会与雨滴发生高速碰撞，导致表面材料逐渐侵蚀，这不仅影响气动性能，还可能危及结构安全。因此，亟需一种兼具高弹性、高热稳定性、优异耐化学性和出色雨蚀抵抗能力的涂层材料。现有高温弹性体要么抗雨蚀性能不足，要么固化条件苛刻，不适用于舰载环境。基于上述需求，研究团队将研究方向聚焦于含氟聚亚烷基-硅氧烷聚合物体系，期望通过结合氟碳链段的高耐化学/热稳定性与硅氧烷链段的低温柔韧性和可固化性，获得理想的综合性能。
二、前期探索性工作
在正式开展主要研究之前，团队已进行多轮材料筛选。首先尝试的聚[4-(间亚苯基)噻唑-2-全氟丙烯噻唑]因熔点过高（130–140°C），无法作为弹性体基材而被放弃。随后，研究人员探索了氟化二醇与二氨基硅烷反应制备聚合物的方法。初期发现，当氟原子位于芳环或直链脂肪族上时，C-O-Si键对水分极为敏感，易发生水解。然而，当三氟甲基（CF₃）直接连接在C-O-Si单元的碳原子上时，聚合物的耐水解性显著提高。基于这一发现，团队选用了六氟丙酮（HFA）与烯烃（如异丁烯、丙烯）加成制备的氟化二醇作为关键单体，因其成本潜在较低且结构中的三氟甲基能有效抑制水解。
前期研究依次制备了三种聚合物：
- 六氟丙酮-异丁烯-硅亚苯基聚合物：可室温固化，拉伸强度达1240 psi，断裂伸长率265%，耐芳烃/脂肪烃性能优于过氧化物固化硅橡胶，但在0°C即变硬，低温性能不足。
- 六氟丙酮-丙烯-硅亚苯基聚合物：玻璃化转变温度（Tg）降至-12°C，但分子量难以提高，固化后较脆。
- 六氟丙酮-丙烯-二甲基硅氧烷聚合物：作为系列研究的集大成者，成为本报告的核心研究对象。
三、六氟丙酮-丙烯-二甲基硅氧烷聚合物
该聚合物的设计思路是在分子链中最大化氟含量（达53%），以提升热稳定性和耐有机液体性能；同时引入二甲基硅氧烷组分，赋予材料低温柔韧性和可固化潜力，并有望控制成本。
合成方法探索：略。
物理性能：该聚合物为无色透明、柔软发粘的固体。其玻璃化转变温度低至-50°C，足以满足高速飞机在高空低温环境下的使用需求。耐溶剂性极为突出——在甲苯和JP-4航空燃料中的溶胀率远低于氯丁橡胶，甚至优于前期制备的硅亚苯基改性聚合物。表面张力测定显示其表面能约为16 dynes/cm，表现出优异的疏水疏油特性。凝胶渗透色谱与光散射分析表明，特性粘度0.26 dL/g的样品重均分子量约为31,700，分子链长度约1100埃。
固化难题：略。
四、硅亚苯基-二甲基硅氧烷聚合物的雨蚀性能评价
鉴于氟化聚合物固化困难，研究团队转向评价另一种性能均衡的材料——硅亚苯基-二甲基硅氧烷聚合物。该材料由1,4-双(二甲基羟基硅基)苯与双(二甲氨基)二甲基硅烷反应制得，虽耐有机液体性能不及氟化聚合物，但具有卓越的韧性和高热稳定性，且可用ES 40/二丁基锡二乙酸酯体系在室温下方便地固化。
为评估其实际防护效果，研究人员将该聚合物与补强二氧化硅、ES 40混炼后分散于甲苯中，添加催化剂喷涂于环氧-玻璃纤维层压板试样表面（厚度约12–15密耳，分五道喷涂）。试样在美国空军赖特-帕特森基地的旋臂式雨蚀模拟装置中进行测试，条件为模拟500 mph（约805 km/h）航速、1英寸/小时降雨量。
测试结果（表V）显示：
- 硅亚苯基-二甲基硅氧烷涂层：平均失效时间约20.7分钟（三个试样分别为24.5、23.7、13.8分钟），失效模式为侵蚀与撕裂。
- DC-92-009硅橡胶涂层：失效时间仅1.0分钟，失效模式为侵蚀与附着力丧失。
- MIL-C-7439B氯丁橡胶：失效时间40.0分钟，但氯丁橡胶不属于高温弹性体。
- MIL-C-83231聚氨酯：失效时间160.0分钟，同样不具高温适应性。
- 环氧/聚酯/丙烯酸涂层：失效时间不足5分钟。
结果表明，硅亚苯基-二甲基硅氧烷涂层的常温雨蚀抵抗能力远超硅橡胶和环氧类涂层，虽略逊于氯丁橡胶和聚氨酯，但后两者不具备高温使用资格。尤为重要的是，该涂层在250°C空气中加热4小时后，其抗砂蚀性能未出现任何下降，充分验证了其 exceptional 的热稳定性。这一特性使其在高速飞机因气动加热导致表面温度升高的工况下具有独特优势。
五、结论与展望
本报告系统记录了一类新型氟硅氧烷聚合物的开发历程。六氟丙酮-丙烯-二甲基硅氧烷聚合物在耐化学腐蚀性、表面能和低温韧性方面达到了预期目标，但其难以固化的特性构成了无法逾越的工程障碍，提示未来研究需在分子设计上引入更具反应活性的官能团或采用新型交联化学。与此同时，硅亚苯基-二甲基硅氧烷聚合物作为一种折中方案，展现了令人满意的综合性能平衡——它在雨蚀防护、热稳定性和工艺可行性之间取得了较好妥协，具备进一步工程化开发的潜力。
总体而言，该研究为高速飞行器防护涂层材料的发展奠定了重要的理论与实验基础，特别是在理解氟化聚合物结构-性能关系、硅氧烷固化化学以及雨蚀失效机理方面积累了宝贵数据。后续工作可聚焦于开发新型可固化氟硅共聚物，或对硅亚苯基-二甲基硅氧烷体系进行改性，以进一步提升其耐溶剂性和雨蚀寿命，满足下一代高速航空平台的服役需求。
