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摘要：以有機(jī)硅改性聚酯樹脂作為耐磨樹脂，該樹脂的羥值、有機(jī)硅的含量、分子結(jié)構(gòu)對涂膜的性能及涂料的貯存穩(wěn)定性等有重大影響。以耐磨樹脂為基料，選用碳化硅等作為耐磨填料，選用二硫化鉬等作為潤滑填料，從而制備了一種具有優(yōu)異機(jī)械性能和良好防腐蝕性能的耐磨涂料。
關(guān)鍵詞：有機(jī)硅改性聚酯樹脂；耐磨填料；潤滑填料；防腐蝕性能。
0 引言
隨著科技進(jìn)步，各種機(jī)械設(shè)施及其零部件的工作環(huán)境變得日益嚴(yán)厲，它們不僅工作在各種復(fù)雜的環(huán)境中，同時像人造衛(wèi)星、高速列車、宇宙飛船、發(fā)動機(jī)和汽輪機(jī)的葉輪、艦船的螺旋槳、船舶的甲板以及水輪發(fā)電機(jī)的葉片、路標(biāo)漆、建筑物的地板等，都經(jīng)常受到氣流、砂石和水流的沖蝕、撞擊、摩擦等力的作用。在該環(huán)境下使用一段時間后，基材表面會出現(xiàn)一定程度的破壞或磨損，從而影響設(shè)備的使用安全和使用壽命。通過在機(jī)械設(shè)備表面涂裝耐磨涂料，是一種具有很大應(yīng)用前景和發(fā)展前途的表面強(qiáng)化技術(shù)。材料表面在經(jīng)過耐磨涂料涂裝后，不僅可以防止零部件等的磨損、延長設(shè)備的使用壽命，同時還可以對基體材料起到防腐蝕保護(hù)作用。由于該技術(shù)具有簡易、快速、費用低、適合現(xiàn)場作業(yè)等特點，從而成為提高機(jī)械設(shè)備耐磨性能的主要手段之一。
我們根據(jù)市場需求，自主設(shè)計并研發(fā)了新一代耐磨涂料。本文研制的耐磨涂料具有優(yōu)異的耐磨性能和良好的防腐蝕性能。工業(yè)設(shè)備在經(jīng)過該涂料的涂裝后，可以在很大程度上提高金屬接觸面的耐磨性能，對機(jī)械設(shè)備的關(guān)鍵部位進(jìn)行保護(hù)的同時提升了設(shè)備的防腐蝕性能，提升了機(jī)械設(shè)備的安全性，延長了機(jī)械設(shè)備的實際使用壽命。
1 試驗部分
1.1主要原材料
1，6-己二醇、三羥乙基異氰脲酸酯、環(huán)己烷二甲酸酐、三羥甲基丙烷、1，4-環(huán)己烷二甲醇、有機(jī)硅樹脂、 N-3390、SiC、石墨、二硫化鉬、助劑、催化劑、紫外線吸收劑、溶劑，以上均為工業(yè)原材料。
1.2 耐磨樹脂的研制
我們首先用自主合成的高羥值聚酯樹脂作為主體樹脂，它與異氰酸酯樹脂反應(yīng)生成聚氨酯，副產(chǎn)物較少，因此體積收縮率小，固化后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力也較少，并且在涂膜中提供耐磨以及韌性的作用。為了涂膜具有更好的硬度和耐磨性，我們選用高交聯(lián)的有機(jī)硅樹脂來共聚改性聚酯樹脂。由于聚酯樹脂耐熱溫度是155 ℃，而有機(jī)硅樹脂耐熱溫度為300 ℃，有機(jī)硅樹脂共聚改性聚酯樹脂的耐熱溫度為200 ～ 250 ℃，因此加入有機(jī)硅樹脂，還可以提高涂膜的耐熱性能，同時還可以提高涂膜耐水性能，耐候性能以及與基材的附著力。該樹脂體系在耐磨涂料中提供了極好的耐磨性能以及其他綜合性能。
合成聚酯樹脂時采用了脂肪族和環(huán)酯族的酸和醇，可以使涂膜獲得較好的耐候性。樹脂中引入了三羥乙基異氰脲酸酯，提高了涂膜的耐磨性和硬度。采用的這些耐水解穩(wěn)定性良好的單體制備的聚酯樹脂固體樹脂羥值為（250±10） mgKOH/g，該樹脂與HDI三聚體固化后能夠獲得耐水性良好的涂膜，為使這種高交聯(lián)密度的涂膜具有很好的抗沖擊性能和柔韌性，在合成樹脂時采用了線型結(jié)構(gòu)1，6-己二醇，并且通過分步合成工藝，使每個聚酯樹脂分子中都含有1，6-己二醇單元結(jié)構(gòu)，涂料固化后保證了涂膜的韌性。
1.3 耐磨填料以及潤滑填料的選擇
耐磨填料提供硬性和耐熱性的作用，因為耐磨涂層與設(shè)備表面接觸產(chǎn)生相對運動時因摩擦而使接觸點處溫度升高。高溫會影響分子間的范德華力，導(dǎo)致分子間內(nèi)聚能下降，表面材料抗剪切強(qiáng)度下降，加劇涂層的磨損，因此我們選用高硬度、高強(qiáng)度、耐熱性的填料SiC，氧化鋁來作為耐磨填料。而潤滑填料主要選擇二硫化鉬、石墨。二硫化鉬分子是六角形層狀結(jié)構(gòu)，其分子排列是中間為鉬原子， 外層為硫原子。微觀上，由于 S原子在分子層之間的結(jié)合能力較弱，從而形成了分子層間極易移動的潤滑條件，這使得二硫化鉬在涂膜中起到優(yōu)良的潤滑性能，從而使兩個接觸面滿足良好的潤滑要求，起到減小磨損與摩擦的效果。
1.4 耐磨涂料的制備
首先是研制耐磨樹脂，本文選用有機(jī)硅改性高羥值聚酯樹脂和反應(yīng)速度較快的異氰酸樹脂HDI三聚體N-3390為該涂料的成膜樹脂，該成膜樹脂硬度與柔韌兼具，在耐磨涂料中起到關(guān)鍵性作用。另外選擇適合的耐磨填料以及潤滑填料在耐磨涂料中極其重要，本文選擇SiC等作為耐磨填料提供抗磨損的作用，選用二硫化鉬、石墨、等做為潤滑填料達(dá)到減少摩擦的效果。最后我們選擇適合的助劑和溶劑，助劑使得涂層表面光滑平整，顏色均一，耐磨性能更突顯，溶劑能夠使樹脂、填料以及助劑極好的溶解和潤濕。
2 結(jié)果與討論
2.1 有機(jī)硅改性聚酯樹脂研究
用有機(jī)硅改性聚酯樹脂，不僅可以提高涂膜的硬度，還可以改善涂膜在基材上的附著力，同時也提高了涂膜的耐熱性能以及耐介質(zhì)性能。聚酯樹脂用有機(jī)硅樹脂改性后還提高了耐水性，因為改性后的聚酯樹脂表面自由能隨著有機(jī)硅含量的增多而減少，少量有機(jī)硅就能夠很大程度地減小聚酯樹脂的表面自由能，而降低表面自由能有利用于涂膜的耐水性能的改善。表1為在聚酯多元醇中有機(jī)硅樹脂的不同加量對耐磨性能以及其他性能的影響。
表1 有機(jī)硅樹脂的不同加量對性能的影響
通過上述試驗數(shù)據(jù)可以看到當(dāng)聚酯多元醇與有機(jī)硅樹脂按照2∶1共聚，耐磨性能優(yōu)異，耐磨數(shù)據(jù)為0.9 mg，機(jī)械性能良好。
2.2 耐磨和潤滑填料的加量以及填料復(fù)配對耐磨性能的影響
由于傳統(tǒng)耐磨涂料沒有考慮到耐磨過程會產(chǎn)生熱，本文中通過添加一些耐磨耐熱填料SiC，既可以提高涂膜的耐熱性能也同時對耐磨性能有很大的改善。表2為一些耐磨和潤滑填料加量對耐磨性能的影響，表3為耐磨和潤滑填料進(jìn)行復(fù)配對耐磨性能的影響。
表2 不同填料在不同顏基比下對耐磨以及其他性能的影響
通過上述試驗數(shù)據(jù)可以選擇碳化硅在顏基比為0.5∶1.0，二硫化鉬在顏基比為0.4∶1.0時耐磨性能優(yōu)異，表干速度和機(jī)械性能良好。
表3 耐磨和潤滑填料進(jìn)行復(fù)配對耐磨性能的影響
通過上面關(guān)于耐磨與潤滑填料的復(fù)配的試驗我們最終選擇碳化硅，二硫化鉬填料比為5∶2且顏基比為0.7∶1.0時耐磨、表干和機(jī)械性能綜合最優(yōu)。其中碳化硅起到耐磨作用，而二硫化鉬在涂膜中起到潤滑的作用。
2.3 耐磨涂料的防腐蝕性能
耐磨涂料具有優(yōu)良的耐濕熱、耐鹽霧和耐老化性能。涂有耐磨涂料的樣板在濕熱箱里放置30 d涂膜表面不起泡，在中性鹽霧箱里放置7天涂膜表面不起泡，涂層無變化，樣板耐紫外老化30 d涂膜無粉化、保光率≥90%、△E≤3。說明該涂層不僅具有優(yōu)異的耐磨性能同時具有良好的防腐蝕性能，可以完全延長基材以及機(jī)械設(shè)備的使用壽命。
2.4 涂料助劑的選擇以及對涂層質(zhì)量的影響
涂料的樹脂、溶劑、顏填料體系確定后，為提高涂層的性能，在涂料中選用了適宜的助劑，分散劑用于顏料的分散，并且可以降低涂料的粘度；BYK-066N，BYK-054為消泡劑，可以在涂料噴涂施工時快速脫泡和破泡； BYK-410作為防沉劑和防流掛助劑，這種改性脲類型的助劑使涂料施工時可以厚涂，并且不影響涂膜的光澤；加入適當(dāng)?shù)亩鹿鹚岫』a使該涂料達(dá)到所需的干性和適用期；BYK-378作為流平劑，這種流平劑可明顯增進(jìn)涂膜的表面滑爽，提高涂層的耐沾污性能和耐磨性。為保證面漆具有更好的耐候性，制漆時加入了紫外線吸收劑。
3 結(jié)語
1）通過采用1，6-己二醇、三羥乙基異氰脲酸酯、環(huán)己烷二甲酸酐、1，4-環(huán)己烷二甲醇合成高羥值韌性聚酯樹脂，然后對聚酯樹脂用有機(jī)硅樹脂改性。該成膜樹脂柔韌與硬度兼具，具有極好的耐磨性能，在耐磨涂料中起到關(guān)鍵性作用。
2）選擇適合的耐磨填料以及潤滑填料，其中耐磨填料選用SiC，可以提高涂膜的抗磨損的作用，選用二硫化鉬，石墨等潤滑填料起到減少摩擦的作用。其中當(dāng)耐磨與潤滑填料的復(fù)配比例是碳化硅：二硫化鉬填料比為5∶2且顏基比為0.7∶1.0時耐磨、表干和機(jī)械性能綜合最優(yōu)。
3）本文中研制的耐磨涂料既有優(yōu)異的耐磨性能，又有良好的防腐蝕性能和機(jī)械性能，因此涂裝耐磨涂料可以提高了機(jī)械設(shè)備的安全可靠性，延長了設(shè)備的實際使用壽命。
