高聚物耐磨涂料及耐磨机理初探

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磨损是日常生活中必然存在的现象，只要是两个相互运动的接触表面，都会有磨损现象的存在。磨损被称为是材料失效的三大主要形式之- 。据统计，每年约有将近50%的能源消耗以及 70%的设备损坏归因于各种形式的磨损。磨损不仅造成能源和材料的浪费，还造成经济上的巨大损失，严重的甚至还危及人身安全，影响国民经济的发展∩见，提高材料的耐磨性能已经刻不容缓。

磨损-般都发生在材料的表面。如果我们可以在材料表面采取有效的防护措施，那么就可以极大地减少磨损带来的损失。在材料表面制作-层薄薄的涂膜，可以明显降低表面的摩擦系数，提高材料的耐磨性能，该涂膜称为耐磨涂层 。

1耐磨涂料用树脂基体耐磨涂料常用的树脂分为 3大类，即聚氨酯及其改性物、环氧及其改性物、有机硅及其改性物 。在规定的摩擦条件下(负荷、转速、散热条件、对磨材料等)，将涂膜与-个标准对磨材料做对磨运动，经规定转数后，以测定的失重作为耐磨性的量度。测定结果表明聚氨酯的耐磨性为最好 ，其次为环氧 ，最差的是有机硅(见表 1)，其中又以弹性聚氨酯和开环环氧聚氨酯的耐磨性最好。

弹性聚氨酯具有两相结构的特点，连续相为聚酯或聚表 1耐磨涂料用树脂种类及其对性能的影响注 ①磨损失重按照 GB 1 769-79测定，负荷 50g/500r。②附着力按GB 1 720-79划圈法测定。

醚链段，俗称软段；非连续相是由二异氰酸酯和二元醇反应生成的刚性链段；同时，分子问还有氢键作用而形成的物理交联 ，所以具有良好的耐磨性。聚氨酯材料和其他材料耐磨性比较如表 2所示。

表2聚氨酯及其他耐磨材料泰伯尔耐磨性比较高聚物聚氨酯尼龙 61 0聚酯尼龙 1 01 0HDPE聚四氟乙烯丁腈胶酚醛树脂尼龙6HIPS天然胶丁苯胶聚苯乙烯磨耗量/rag0.5～3.5ASTM D4060-2007用泰伯尔磨蚀机测定有机涂层耐磨性的标准试验方法15嘶 町 聚氯酯弹性体虽然是公认的优 良耐磨材料，但因其硬度太低，附着力较差，有时不能充分发挥其耐磨优势。

众所周知，环氧树脂具有良好的附着力，其固化涂膜具有较高的硬度 ，但较脆 ，如果在环氧树脂中引入较长的脂肪链(例如用C 。-C 的脂肪酸酯化环氧)就可以改进环氧树脂的弹性 。如果再以异氰酸酯固化环氧树脂，其交联反应可以得到同弹性聚氨酯类似的化学结构。实验证明，交联密度对开环环氧树脂涂膜的耐磨性和其他性能有重要影响-环环氧树脂的羟基值和-NCO/-0H比值对涂膜耐磨性的影响见表3和表4。

表3开环环氧树脂羟值对涂膜耐磨性的影响注： 为平均相对分子质量/平均官能度。

由表3可见，随着开环环氧树脂羟值的增加，涂膜耐磨性提高，但羟值增加到-定程度时耐磨性反而呈下降趋势，同时羟值增大时环氧树脂的附着力下降。

表4 -NCO/-OH值对涂膜耐磨性的影响由表 4可以看出，-NCO/-OHI：1为理论交联密度时，涂膜耐磨性最好；高于或低于此比值时，耐磨性下降。

综上所述 ，耐磨涂料用树脂的种类很多，在使用过程中要根据实际应用的目的和技术要求进行正确选择。

2耐磨填料的应用机理及主要分类仅由树脂基体构成的涂料，机械强度很低，耐磨损性能差，尤其是在长时间 中击力与机械作用之后，涂层很快就会磨损，甚至从基体表面剥落，失去对基材的保护作用。

为了提高涂层性能 ，需要在耐磨树脂中添加耐磨类的填料。

耐磨填料是-种特殊的填料，加入涂料中固化后 ，能均匀分布并且能微突于涂膜表面。当涂膜承受摩擦时，实质摩擦部分为耐磨填料部分，涂膜被保护，免遭或少遭摩擦 ，从而延长了涂膜的使用周期，赋予涂膜更好的耐磨性。

涂料用耐磨填料可以分为两大类 ：L；oa[ings I'-eVleW(1)无机物类，如氧化铝、碳化硅、氮化硼、二硫化钼、玻璃鳞片、矿石粉、金属薄片等。其中无机填料对涂膜耐磨性的影响见表 5。

(2)有机物类 ，多为惰性高分子材料 ，如橡胶粉末、聚氯乙烯粒子、聚酰胺粒子、聚酰亚胺粒子等。

表 5无机填料对涂膜耐磨性的影响由表 5可知，与没有加填料的涂膜相比，加入金属氧化物填料的涂膜耐磨性有较大的提高。尤其是加入 A]zO。、SiC、BN、Pb 0 和 Cr O。的涂膜磨损失重较小，耐磨性较好。

3耐磨涂膜磨损机理及磨损过程高聚物涂膜磨损时在摩擦表面产生多种形式的破坏。

磨损按照其机理可以分为：粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、磨蚀磨损和微动磨损等 。

粘着磨损是指两摩擦表面发生相对运动时，接触表面的材料由-个表面转移到另-个表面的现象，其特点为接触点粘着剪切破坏的同时伴随着材料转移 ；磨粒磨损指在摩擦过程中硬颗粒或硬 凸出物冲刷摩擦表面而引起材料损失的现象，其特点是磨料作用于材料的表面而破坏，而且往往能看到明显的磨痕；疲劳磨损发生在两接触表面做滚动或滑动摩擦时，因循环载荷的影响使表面产生交替应力和形变，从而使材料表面疲劳而出现的材料损失现象，其特征是材料表层受接触应力反复作用而疲劳损坏，往往产生片状磨屑；腐蚀磨损指在摩擦过程中，材料同时与周围介质发生化学或电化学反应而产生材料损失的现象，其特征为发生化学反应或电化学反应的表面被腐蚀破坏；微动磨损则是两接触表面在没有宏观相对运动的条件下因环境轻微震动的影响，引起表面复合磨损而产生的材料损失现象。

(下转第 33页)乙，ud LlIl l llIluIu y表 7不同分散剂的检测结果附着力促进剂品种 w% 附着力/级(耐 55%乙醇溶液浸泡后变化情况 24 h、48 h、72 h、96 h、1 2O h、1 48 h、1 72 h)从表 8可以看出： -(2，3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷综合性能最好，用量也是经过大量试验 ，确定质量比1%时效果最佳。同时，在施工过程中避免了涂层之间的多种缺陷。

3结语(1)通过大量试验验证，最终确定了主体树脂为自制的水性丙烯酸分散体和氰特公司 325氨基树脂。

(2)经过试验验证并结合综合效果评价 ，最终确定分散剂为 C体系分散剂。

(3)通过试验筛选 ，润湿剂最终选择毕克公司的相应产品。

(4)经过试验验证 ，确认 ，，-(2，3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷为最适宜的附着力促进剂产品，其加量要根据树脂体系和复合涂层的漆膜外观来确定具体。

婚 (上接第17页)高聚物涂膜在实际摩擦过程中，总会产生多种形式的磨损 ，而且各种磨损还会相互转化，但是整个磨损过程往往以～种磨损形式为主。在评价-种高聚物涂膜的耐磨性时，应该根据实际使用中主要的磨损形式来决定试验方法和试验设备。

高聚物涂膜磨损有其过程特点，可大致分为 3个阶段 ：初磨阶段，在-定载荷下，表面逐渐磨平，磨损速度很快 ；其后磨损速度很快减慢，进入稳定磨损阶段 ，这时磨损速率已经基本上稳定下来，磨损量与时间几乎成正比；最后进入急剧磨损阶段，磨损速率急剧增大。

在摩擦过程中，稳定磨损阶段是工作段，因此测定摩擦性主要应取得稳定磨损阶段的磨损量数据。高聚物涂膜在工作状态时，有的可能长期处于摩擦状态，有的可能间隙有摩擦现象产生，在后-种条件下工作的应该具有较好的耐磨损能力和较长时间的保持工作能力 。由此可见，高聚物涂膜的耐磨性是保证其工作寿命长短的重要因素。

4结语磨损具有经常性和不可避免性，研究磨损和不断发展的耐磨材料具有重要的应用价值。随着科技的飞速发展和社会的不断进步 ，高性能耐磨涂料的应用将越来越受到人们的重视。