發布日期：2022-04-26 點擊率：95
以正硅酸乙脂、KH-560、KH-570為先驅體，采用溶膠一凝膠法結合旋轉涂敷法在環氧樹脂基體上制備了有機硅耐磨涂層。采用鉛筆硬度測試方法、漆膜的劃格試驗測試方法和自制耐磨性測試裝置對涂層的性能進行了測試，采用掃描電鏡觀察薄膜的表面形貌。研究結果表明：適當的偶聯劑能有效提高溶臟的穩定性和涂層的附著力；涂層硬度和耐磨性在一定溫度范圍內隨熱處理溫度的提高而提高；環氧樹脂經涂膜后，表面硬度和耐磨性有明顯提高，表面質量得到明顯改善。
環氧樹脂由于具有密度低，抗沖擊能力強，良好的機械性能．電絕緣性能以及較好的熱、化學穩定性等優點而被廣泛應用，但由于其硬度較低，抗劃傷能力差等缺點而使其應用在某種程度上受到了限制，在環氧樹脂表面制備有機硅耐磨涂層可以有效地解決這些問題。近年來，利用洛膠－凝膠方法（sol-gel）制備各種功能薄膜已逐漸被認為很有發展前途。與其它傳統鍍膜方法相比，sol-gel方法具有很多優點：可以較容易地實現多種成份的組合，工藝過程溫度低，產品組織均勻，純度較高，反應過程易于控制，溶膠易于成膜等［句。尤其工藝過程溫度低，為在無機骨架網絡中引人有機成份或有機官能團、創建體系的特定功能提供了一條方便途徑，其應用之一就是在硬度不夠、耐磨擦性不好、易損傷的物體表面鍍制一層硬質保護性薄膜。選用合適的先驅體，可以得到外表為無機涂層，中間為有機涂層的復合薄膜，因而既滿足抗劃傷性的需要，同時又能兼顧薄膜與基體之間的緊密結合I坷。本文選取正硅酸乙醋、γ－縮水甘油！蛙氧丙基三甲氧基硅皖（KH-560）和γ－甲基丙烯歌氧丙基三甲氧基硅’后(KH-570）制備洛膠，在環氧樹脂表面用旋轉涂覆法制備了無機－有機耐磨涂層。
2.1溶肢的制備
將正硅酸乙醋、硅皖偶聯劑、乙醇、乙酸乙醋按一定比例混合，并緩慢加入適量去離子水，再用稀鹽酸將榕液pH值調節至4左右，充分攪拌1-2h,再陳化5-6h備用。
2.2薄膜的制備采用KW-4A型勻膠機利用旋轉涂覆法進行鍍膜。旋轉的速度取決于元件的尺寸、鍍膜液的濃度和膜層的厚度。榕液在離心力的作用下，在整個元件表面形成均勻的膠體層，待其表面溶劑揮發盡后，放人鼓風干燥箱干燥、固化即得耐磨涂層。
2.3性能測試
涂膜硬度采用鉛筆硬度測試方法；附著力采用漆膜的劃格試驗進行測試。耐磨性測試：將樹脂片水平放置，然后將240號砂紙置于涂層表面，在砂紙上加載一定質量的硅碼，測試時以一定的速度拉動砂紙，使砂紙從涂層表面均勻劃過，以出現明顯劃痕的最小硅碼質量表示耐磨性，如圖I所示。采用掃描電鏡觀察薄膜的表面形貌。
3.1不同溶劑對涂層表面性能的影晌
分別考察了乙醇、丙酣、乙醇和乙酸乙醋的1昆合肖子被、乙醇和丙酬的？昆合溶液作榕劑時對涂層表面性能的影響。結果如表l所示。
從表1可以看出乙醇單獨作溶劑時，涂層表面有麻點出現，原因是由于乙醇極性強，所制得的溶膠對樹脂基板漫潤性不好，以至會有麻點出現。丙酣和含有丙酬的海合恪液作溶劑時，涂層易產生裂紋。涂層干燥過程中裂紋的產生原因很多，一般來說與溶膠內微區所受的應力有關，而應力的產生又有很多原因，如液相揮發過程中的表面張力，界面熱膨脹系數的差異等，因為丙嗣沸點低，揮發性極強，所以在溶膠干燥過程中，由于溶劑和水分脫去的很快，極易造成膜層張力不均而導致涂層開裂。乙醇和乙酸乙醋的1昆合洛液作溶劑時，既改善了溶膠對樹脂基板的提潤性，又能抑止溶劑和水分的快速揮發，從而使涂層均勻收縮而不至于開裂，所以制得的涂層表面光滑平整。
3.2不同偶聯荊對溶膠穩定性及涂層附著力的影響
研究了不使用偶聯劑和分別使用KH-550、KH-560、KH-570作偶聯劑時，對溶膠的穩定性和涂層附著力的影響一結果如表2所示。
純粹的元機氧化物膜層與環氧樹脂之間缺乏牢固的結合cl容膠中引人硅皖偶聯劑，其水解后在元件表面上形成了有機硅化合物薄膜，其結合強度是依靠極性鏈的親合力。以KH-560為例，其化學方程式為:
從而可以在較低溫度下生成既有硅酸乙醋水解生成的Si02，又有硅燒偶聯劑水解生成的有機硅網絡，這樣，既有助于有機硅膜層與樹脂基板的結合，又保持了無機硅氧化物的耐磨特性。當然，鍍膜液中的硅酸乙醋和硅燒偶聯劑必須滿足一定的比例，才能更好地使膜層在滿足附著力的條件下，提高耐磨性。
從表2還可以看出：KH-550作偶聯劑時，榕膠穩定性差，膠凝時間不足2d（通常把由陳化開始至容器傾斜液體不流動的間隔時間稱為膠凝時間）。其原因是KH-550是氨基硅皖偶聯劑，水解后放出氨氣，氨是堿性催化劑，使溶膠過快縮聚膠凝OKH-560作偶聯劑時膠凝時間較KH-570作偶聯劑時短，其原因有待進一步研究。
3.3溶膠濃度對涂料和涂層性能的影晌
溶膠濃度的大小將直接影響涂層的厚度，進而影響涂層的耐擦傷性能。通常情況下，厚度越厚涂層耐磨性越好。表3是溶膠濃度對涂料性能的影響。由表可見，隨著溶膠濃度的增加，涂層的硬度提高，但是存儲時間縮短3隨著溶膠濃度的增加，涂層的厚度增加，因此硬度得到了提高。但是，并不是溶膠濃度越高越好。
因為痞膠濃度過高時，由于固化成膜時所得涂層厚度過大，涂層內聚力增加，導致涂層開裂且黠結力差．硬度反而降低悶。一般情況下，溶膠濃度不應超過20%，但也不能太低，濃度太低，所得薄膜太薄，薄膜呈現五彩色。較好的溶膠濃度應該控制在12%～14%之間。
存儲時間縮短是由于溶膠濃度較高，Si-OH之間以及Si-OH與Si-OR之間發生縮合反應的幾率變大造成的。
3.4熱處理溫度對涂層性能的影晌
圖2和圖3分別為熱處理溫度對涂層硬度和涂層耐磨性的影響。
從圖2和圖3可以看出：在120℃之前，隨著熱處理溫度的提高，薄膜的硬度和耐磨性都有明顯的提高；薄膜的硬度在熱處理溫度達到120℃時達到最大值，為SH；耐磨性在溫度達到120℃時達到最大值。陸界載荷為30g。但是過高的固化溫度對于提高涂層的硬度并沒有幫助，反而會降低涂層的耐擦傷性能。主要原因是由于過高的固化溫度使得涂層中的內聚力上升，導致了涂層與基材之間的甜結力下降。從而導致涂層在受到摩擦力時容易從基材表面脫落，耐擦傷性能下降。
無論對于何種塑料，其熱處理溫度都不能超過其玻璃化溫度，一般要低于玻璃化溫度IO℃以上，否則制品變形，嚴重影響其面形質量。本試驗采用的環氧樹脂玻璃化溫度為140℃，因此本試驗熱處理溫度采用120℃。
3.5涂層對樹脂基體表面質量的影晌
圖4、圖5是樹脂表面的SEM圖片。從圖4和圖5對比可以看出：由于樹脂硬度較低，抗劃傷能力差，對其表面拋光易產生機械劃傷，不能使其表面光滑平整，在其表面涂敷一層有機硅耐磨涂層后，由于涂層硬度高，耐磨性能好，對其略微拋光，就能得到光滑平整的表面，使其表面質量明顯改善。
采用溶膠－凝膠法結合旋轉涂覆法在環氧樹脂表面制備出外層為無機層，中間為有機過渡層的有
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