改性環(huán)氧耐磨涂料的性能測(cè)定

尚　峰，周　燕，李　明，陳金身3，

(1.洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心,河南 洛陽　471000；2.河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州　450042；3.河南工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州　450001)

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改性環(huán)氧耐磨涂料的性能測(cè)定

尚峰1，周燕2，李明2，陳金身3，2

(1.洛陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心,河南 洛陽471000；2.河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州450042；3.河南工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州450001)

對(duì)聚氨酯改性的環(huán)氧耐磨涂料的性能進(jìn)行測(cè)定，采用正交試驗(yàn)法分別測(cè)定了制備出的耐磨涂料的附著力、硬度、耐磨性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)聚氨酯改性環(huán)氧樹脂涂料在不同配比情況下具有不同的硬度、附著力和耐磨性。聚氨酯預(yù)聚體的使用，提高了環(huán)氧樹脂的交聯(lián)度，明顯提高了其耐磨性、附著力和硬度；填料碳化硅和固化劑聚酰胺的使用，能夠明顯改變環(huán)氧樹脂的耐磨性、硬度和附著力。

改性環(huán)氧樹脂；耐磨涂料；性能檢測(cè)；碳化硅

環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的黏接力和機(jī)械強(qiáng)度，被廣泛地運(yùn)用在涂料行業(yè)。但是，由于環(huán)氧樹脂固化以后內(nèi)聚力很高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)交聯(lián)度大，致使其固化以后的產(chǎn)物形變能力變差，大多數(shù)情況下呈脆性狀態(tài)，所以用環(huán)氧樹脂直接制備的涂料不能很好地滿足使用性能上的要求。因此，有必要對(duì)其進(jìn)行改性來克服其缺陷[1-4]。聚氨酯具有很高的彈性，通過聚氨酯預(yù)聚體來改性環(huán)氧樹脂，使聚氨酯彈性基團(tuán)分散在環(huán)氧樹脂的構(gòu)架中，可以改善環(huán)氧樹脂的韌性，從而改變其耐磨性能。耐磨填料的增加，可以幫助改善環(huán)氧樹脂涂料的耐磨性[5]。本課題通過對(duì)聚氨酯預(yù)聚體和碳化硅填料以及固化劑等的不同加入量對(duì)環(huán)氧樹脂涂料進(jìn)行改性研究，通過試驗(yàn)對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)聚氨酯和碳化硅以及聚酰胺的不同用量對(duì)環(huán)氧樹脂涂料的附著力、耐磨性和硬度都有著顯著的影響。

進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)分析后發(fā)現(xiàn)，改性劑聚氨酯的用量增加可以提高環(huán)氧樹脂涂料的耐磨性、硬度和附著力，但是過多使用環(huán)氧樹脂性能變化不明顯。并且隨著固化劑聚酰胺和填料碳化硅使用量的增加，涂層附著力、耐磨性和硬度都表現(xiàn)為先增加后降低，存在一個(gè)最佳配比，使得環(huán)氧樹脂涂料的性能最優(yōu)。

1　制備實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

環(huán)氧樹脂E-44(6101)，鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司；相對(duì)分子質(zhì)量聚酰胺-650，鎮(zhèn)江丹寶樹脂有限公司；丙酮(分析純)，天津市福晨化學(xué)試劑廠；碳化硅(800#)，河南鼎新防腐材料有限公司。

1.2改性環(huán)氧樹脂涂料的制備

圖1　改性環(huán)氧樹脂涂料及涂層的制備流程

將配置好的改性環(huán)氧樹脂冷卻后，按照配方稱取定量的碳化硅，碳化硅的型號(hào)為W3.5，將稱取好

的碳化硅增強(qiáng)填料倒入干凈的燒杯內(nèi)，然后依次加入聚氨酯改性環(huán)氧樹脂、聚酰胺固化劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，使各組分分布均勻，配置成涂料，然后將配置好的涂料涂在玻璃板上備用，涂層厚度選擇150 μm。

2　檢測(cè)原理及依據(jù)

根據(jù)GB1728-79測(cè)試涂層的干燥時(shí)間；根據(jù)GB/T9286-1998測(cè)試涂層的附著力；根據(jù)GB6739-1996測(cè)試涂層的硬度；根據(jù)GB/T23988-2009測(cè)定涂層的耐磨性能，采用HT-1000高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試涂層的高溫耐磨性能。

3　測(cè)試結(jié)果與分析

3.1正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

試驗(yàn)動(dòng)態(tài)變量涉及到聚氨酯預(yù)聚體、固化劑和碳化硅三種原料，采用三因素三水平L9(33)正交試驗(yàn)，固定環(huán)氧樹脂E-44的使用量為10 g，分別對(duì)聚氨酯、聚酰胺和碳化硅的用量進(jìn)行研究，探索其對(duì)環(huán)氧樹脂涂料性能的影響。通過極差分析來確定高溫耐磨性能優(yōu)越性。試驗(yàn)情況如表1所示。

表1　正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

續(xù)表1

對(duì)極差R進(jìn)行分析，根據(jù)極差R的大小來確定各個(gè)因素對(duì)涂料性能影響的主次順序。

耐磨性：聚酰胺>聚氨酯>碳化硅；

附著力：聚氨酯>聚酰胺>碳化硅；

硬度：聚氨酯>聚酰胺>碳化硅。

從正交分析可以看出，硬度最佳配方為A2/B2/C2，對(duì)應(yīng)為5#配方；附著力最佳配方為A1/B1/C1，對(duì)應(yīng)為1#配方；耐磨性最佳配方為A3/B2/C2，但在正交配方設(shè)計(jì)中沒有該配方，為了驗(yàn)證正交分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果及配方見表2。

表2　優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2涂層干燥時(shí)間測(cè)定結(jié)果

將實(shí)驗(yàn)樣品放置在干燥通風(fēng)較好的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行自然干燥，對(duì)每組試驗(yàn)的三份樣品同時(shí)觀察，測(cè)得表干時(shí)間平均為10 h，完全干燥時(shí)間為3 d，由于聚酰胺可以常溫固化也可以加熱固化，對(duì)其進(jìn)行加熱固化，在65 ℃條件下加熱固化時(shí)間為3 h，見表3。

表3　正交試驗(yàn)各組平均固化時(shí)間的測(cè)定

4　結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果顯示涂料對(duì)材料有著很好的附著力，韌性有了很大提高。聚氨酯預(yù)聚體的使用，提高了環(huán)氧樹脂的交聯(lián)度，明顯提高了其耐磨性、附著力和硬度；填料碳化硅和固化劑聚酰胺的使用，能夠明顯地改變環(huán)氧樹脂的耐磨性、硬度和附著力，并且都有一個(gè)最合適的比例可以使環(huán)氧樹脂的性能達(dá)到最好，但是超過這個(gè)比例，環(huán)氧樹脂涂料的性能不但不會(huì)增加，反而會(huì)降低；耐磨性能最佳配方為聚氨酯為5 g，碳化硅為20 g，聚酰胺為20 g，其耐磨性為13.6×10-2L/μm。

[1]高義民,邢建東,徐欣,等.環(huán)氧樹脂耐磨膠黏涂層沖蝕磨損特性研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),2001,35(3):319-321.

[2]李莉,郭旭紅.聚氨酯改性環(huán)氧樹脂黏合劑[J].化學(xué)與黏合,1997(2):63-65,78.

[3]張微,龍軍峰.改性環(huán)氧樹脂涂料的制備與性能研究[J].上海涂料,2004,42(3):4-7.

[4]沈麗霞.改性環(huán)氧樹脂涂料的研制與應(yīng)用[J].四川化工與腐蝕控制,2002,3(5):18-20.

[5]常鵬善,左瑞霖,王汝敏,等.環(huán)氧樹脂增韌改性新技術(shù)[J].中國膠黏劑.2002,11(2):37-39.

Performance Measurement of Modified Epoxy Abrasion Resistant Coatings

SHANG Feng1，ZHOU Yan2，LI Ming2，CHEN Jinshen3，2

(1.Luoyang Quality Technical Supervision and Testing Center,Luoyang471000,China；2.Henan Applied Technology Career Academy,Zhengzhou450042,China；3. College of Materials Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)

The performance of polyurethane modified epoxy abrasion resistant coatings is measured,using orthogonal experiment method,the adhesion,hardness and wear resistance of the prepared coatings are measured respectively,and the resluts show that the polyurethane modified epoxy resin coating in different ratio having different hardness,adhesion and abrasion resistance.Using polyurethane prepolymer can improve crosslinking degree of epoxy resin,significantly improve wear resistance,adhesion and hardness,using filler silicon carbide and curing agent polyamide,it can significantly alter the epoxy resin wear resistance,hardness and adhesion.

modified epoxy resin；wear resistant coating；performance testing；silicon carbide

2016-07-10

尚峰(1979-)，男，工程師，從事食品、藥品等化學(xué)品類樣品的檢驗(yàn)與分析工作，電話：13803891128。

TQ630.72

A

1003-3467(2016)10-0021-03