无溶剂液体环氧涂层耐磨性的研究
王 菁 师 华 于一川 岳文华 （ 北京航材百慕新材料技术工程股份有限公司，100095）
0 引言
环氧涂料分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团［1］，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面金属原子反应形成极为牢固的化学键，保证了涂层与基材的优异附着力、低收缩率；由于交联密度高和分子链中的苯环结构，使涂层具有优异的机械性能和耐化学品性等，因此广泛用于各种防腐领域。在某些领域（如风机叶轮）除要求涂层具有优良的防护性能外，还要求其具有一定的耐磨性。与传统的溶剂型防腐涂料相比，无溶剂液体环氧涂料还具有厚涂性好、防腐性佳、不污染环境、施工安全等优势，具有十分广阔的应用前景。在研究无溶剂液体环氧涂层的耐磨性时，发现影响涂层耐磨性的主要因素是填料、固化剂种类和涂层的固化程度，本文对此作了研究总结。
1 试验部分
1.1 原材料及设备仪器
不同配方无溶剂液体环氧涂料、石英砂、氧化铝、毛刷、70 mm ×100 mm 玻璃板、台秤、万分之一天平。
1.2 试验设备
采用磨耗度测定器测定涂层的耐磨性，其结构见图1。如图1 所示，磨耗试验机主要部分是垂直固定的、内径为4~6 cm 的玻璃管A［2］。在塞子C 上端，固定着直径为0.5 cm 的小管漏斗B。玻璃管下端削成45° 角，距离小木箱D 3~5 mm，其上表面（面向玻璃管者）与水平成45° 角，上表面尺寸为9 mm×12 mm，其上嵌入毛玻璃。玻璃管正对毛玻璃的中心，漏斗管末端至毛玻璃中心的距离为180 cm。在小木箱表面有夹子，用于固定样板，小木箱下面，放有收集砂粒的容器V。
1.3 试验过程
（1） 在70 mm×100 mm 的玻璃板上涂覆不同配方的无溶剂液体环氧涂料（称为试样），根据试验需要，采用不同固化条件固化后备用；
（2） 在万分之一天平上称量试样的初始质量，将试样固定于小木箱D 上面的毛玻璃上；
（3） 用台秤称取10 kg石英砂，并加入到漏斗B中；
（4） 抽掉塞子C，砂粒经漏斗管向下流，并顺此管落于放置在毛玻璃上的被测试样上。砂粒持续落下，直到规定质量（10 kg）的砂子全部落下；
（5） 用毛刷清扫试样表面灰尘后，在万分之一天平上称重，根据试样初始质量，计算涂层磨损量；
（6） 上述过程每个试样重复进行6 次，计算单次石英砂冲刷的磨损量和累计消耗60 kg 石英砂后涂层的总磨损量。
2 试验结果与讨论
2.1 相同有机成膜物及用量、不同耐磨填料的涂层磨损量
众所周知，提高涂层的硬度是提高涂层耐磨性的重要途径，其具体方法通常是在涂料中加入高硬度的填料［3］，如Si、Al、Ti、Zr 的氧化物、炭化物和合金粉，以及耐磨陶瓷粉等。本研究选用的耐磨填料分别是石英粉和氧化铝（均为325 目）。对相同有机成膜物及用量、相同耐磨填料/ 有机组分（体积比）、不同耐磨填料的2 种涂层均在40℃固化7 d 后，采用磨耗试验机进行耐磨性对比试验，试验结果见表1 和图2。图2a 是试样累计磨损量- 石英砂累计质量关系曲线，图2b 为涂层磨损量- 单次冲刷关系图。
由表1 和图2 可见：以氧化铝为耐磨填料的配方2的涂层磨损量小于以石英粉为耐磨填料的配方1。资料表明［4］：不同填料引起磨损量的差异与填料的力学性能有直接关系，影响大的是填料的破碎性。与石英粉相比，氧化铝的断裂韧性好，因此不易破碎；硬度也是影响磨耗量的一个因素，氧化铝的硬度（莫氏硬度为9）大于石英粉的硬度（莫氏硬度为7）。因此，选择耐磨性好的填料，对提高涂层的耐磨性很重要。此外，从图2 b 还可见：两种涂层在第1 次冲刷后（10 kg 石英砂）的磨损量远远小于第2 次冲刷后的磨损量，而且从第4 次冲刷开始，涂层磨损量逐渐增加并趋于稳定。分析其原因主要为：，涂层初始磨损量小，是由于无溶剂环氧涂料固化后涂层表面平整、光滑，滑爽度高，不易被石英砂磨损，而当表面的类瓷釉物质被磨耗掉后，涂层的滑爽度大大降低，磨损量就逐渐增加。另外，涂层的上层有机物含量高于下层、比重小于下层，因此试验初期，涂层磨损量相对较小。第二，从第2 次磨损后，磨损量缓慢上升，到第4 次开始趋于稳定，是由于下面涂层有机成膜物和填料分布比较均匀所致。
