黑色耐磨防腐导电涂料的研制

米伟娟1，李志广2, *，贾金娜1
（1.河北传媒学院信息技术系，河北 石家庄 050051；2.石家庄军械工程学院理化教研室，河北 石家庄 050003）

1 前言
随着世界各国探测技术与制导技术的快速发展，对武器装备提出了明确的隐身需求，要求新研制的装备必须具有一定的隐身防护性能。由于涂料具有很多优点，如使用方便、适应现场及在野战条件下对武器装备的快速实施，对武器装备的外形不需作任何的改动，对设计不提要求，适宜在现有装备上推广使用等，因而吸波涂料作为一种防雷达波隐身措施而获得广泛应用[1-2]。雷达吸波涂料一般由粘结剂和吸收剂组成。吸收剂大部分为粉剂或纤维状，如铁氧体粉、金属超细粉末、陶瓷纤维、导电碳黑、石墨、导电高分子材料、纳米材料、空心微珠等[3-6]。目前，雷达吸波涂料采用的树脂有聚氨酯、环氧树脂和氯丁橡胶等[7-8]。环氧树脂形式多样、固化方便、粘附力强，固化后体系收缩性低，具有优异的力学性能和特殊的化学稳定性，且价格低廉，是吸波涂料应用广泛的树脂基体材料，但其耐磨性、柔韧性较差，需要对其进行改性。本文采用有机硅树脂改性环氧树脂E-51。有机硅树脂具有良好的低温柔韧性、耐热性和耐候性，而且表面能低，用其改性环氧树脂能提高韧性和耐高温性能、降低内应力。但是环氧树脂与有机硅树脂物理共混的相容性差，很难达到改性的目的，因而采用化学方法进行共混，即利用有机硅树脂中的羟基、氨基、烷氧基与环氧树脂中的羟基进行缩合反应，生成嵌段高聚物[9]，才能实现有机硅对环氧树脂的化学改性。另外，在有机硅改性环氧树脂中加入刚性无机填料(如纳米SiO2、MoS2、Al2O3，改性蒙脱土等)进一步改性，可以大大提高涂料的耐高温和耐磨性能。试验表明，改性涂料的附着强度、抗冲击磨损能力都有很大提高。另外，加入一定量的导电碳黑和石墨，能使涂料涂膜的表面电阻大大降低，从而具有一定的导电能力和防电磁性能。

2 实验
2. 1 主要原料和仪器
环氧树脂E-51、有机硅树脂和固化剂T31，江西省宜春市卓越化工公司；碳黑(2 000 目)、石墨粉(3 000 目)、抗氧化剂1010，天津化学试剂公司；纳米二硫化钼、纳米铝粉，武汉江北化学试剂公司；丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和二甲苯，天津市天大化学试剂厂。电子天平(FA2004N)，上海精密科学仪器有限公司；精密电动搅拌器，江苏金坛市荣华仪器制造有限公司；ACL-385 表面阻抗仪，陕西谱脉技术有限责任公司；盐雾试验箱(1804)、MS-255 型湿砂橡胶轮磨损试验机，天津天宇实验公司。
2. 2 涂料制作
首先将环氧树脂溶于混合溶剂中，在室温下完全溶解后加入有机硅树脂及涂料助剂，在温度为40 ~60 °C 条件下反应2 h，然后加入填料和抗氧剂，高速搅拌混合均匀，即可制成黑色耐磨涂料的A 组分。在使用的时候，将A 组分和固化剂B 组分按照一定的比例混合均匀即可。
2. 3 性能测试
2. 3. 1 耐磨性试验
涂膜耐磨性参照GB/T 1768–2006《色漆和清漆 耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》，采用湿砂橡胶轮磨损试验，其原理是利用转动的橡胶轮带动与水混合的矿砂、砂石、泥沙等磨料对各种金属或非金属材料产生磨损，根据失重量测定材料的相对磨损性。涂层厚度为(25 ± 5) μm，材料使用45 钢基体，转速为600 r/min，载荷40 N。实验前先预磨200 转，准确称重后开始正式实验。磨损1 000 转后，准确称重，计算相对磨损率。
2. 3. 2 盐雾箱加速腐蚀试验
此试验用于验证不同含量的有机硅树脂对涂料涂膜的防腐蚀性能。用A3 钢、炮钢、20 钢、45 钢进行实验，其中炮钢为武器装备中常用的PCrNiMoV 合金钢。试片规格为25 mm × 50 mm × 3 mm，按GB/T9271–2008《色漆和清漆 标准试板》规定的方法进行处理，然后将混合好的不同含量的有机硅树脂涂料分别喷涂于试片表面，完全干燥后膜厚为0.03 mm，置于盐雾箱中。为了与本涂料进行对比，将空白的各试片置于盐雾箱中，同时进行实验。盐雾试验条件依据GB/T10125–1997《人造气氛腐蚀试验 盐雾试验》设定，试验参照GB/T 1771–1991《色漆和清漆 耐中性盐雾性能的测定》进行。
2. 3. 3 表面电阻的测定
按照GB/T 1410–2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》进行测试。

3 结果与讨论
3. 1 耐磨性能实验结果
为了增加涂层的表面耐磨性能，在涂料中添加了纳米二硫化钼，该物质具有优良的耐磨性能。纳米二硫化钼的用量对涂膜耐磨性的影响见表1。
表1 纳米MoS2 的用量对涂层耐磨性的影响

由表1 可知，随着纳米二硫化钼添加比例的增加，涂层的相对磨损率有了明显的降低，但是当其含量在涂料中大于1.0%时，涂层的相对磨损率变化不大。综合考虑成本，在填料中添加12%的纳米二硫化钼，即其在涂料中的用量为1.0%。
3. 2 有机硅树脂含量对涂层防腐性能的影响
本涂料主要成膜物质是环氧树脂，该树脂形成涂层后具有优异的附着力、高填充量、耐化学药品、高防腐蚀性能和耐水性。但是由于环氧树脂涂层表面的柔韧性和耐候性较差，同时脆性较大，加速防腐性能较差，因此通过增加柔韧性能较好的有机硅树脂，使涂层的表面性能得到改善。有机硅树脂用量对涂层耐蚀性的影响见表2。可以看出，随着有机硅树脂含量的增加，涂膜的防腐性能得到了很大的提高，但是当有机硅树脂含量大于12%以后，防腐性能的提高并不明显，故本涂料选择有机硅树脂含量为12%。
表2 不同有机硅树脂用量的涂层的盐雾腐蚀试验结果