陶瓷材料被广泛用于地板、墙体装饰等领域,而这些产品对材料的性能、表面的耐磨性要求较高,也使得陶瓷基耐磨涂层的开发和应用非常广泛。陶瓷基耐磨涂层料作为一种非金属胶凝材料,既具有陶瓷材料的施工方便、成本低廉,同时又具有耐磨材料的强度大、硬度高及耐磨性好等优良特性。由于离子键和其共价键为强结合键,键能比较高,低温对其影响很小,而且它的振动频率极高,常温难以对其构成威胁,不会产生热振损毁。近几年一些研究者通过加入纳米级原料使耐磨陶瓷涂料的性能有了较大提高,但由于生产成本的限制不能广泛应用于实际生产中。
陶瓷涂层的种类繁多,功能也不尽相同,具有化学稳定性好、硬度高、适应性强、制造成本较低等优点。耐磨涂层属于结构型非金属复合材料,是将热固性高分子胶黏剂基体和硬质耐磨颗粒(增强体)按一定工艺和比例混合,涂敷于清理好的工作表面以获得所需耐磨性能的一种表面技术。弹性聚氨酯的耐磨性最佳,但是弹性聚氨酯对金属底料的附着能力极差,直接用于涂料有一定的困难。环氧树脂系高聚物的耐磨性低于弹性聚氨酯,但是其作为涂料材料使用时是耐磨复合涂层的基体材料主要的选择。本实验就是以环氧树脂(EP)为基体材料,以二硫化钼、氧化铝和SBS为混合填料,研究耐磨涂层的表面硬度和在无机玻璃板、瓷砖板上的附着力。
1实验部分
1.1原料与助剂
环氧树脂(EP),E-44,西安科达胶粘剂有限公司;
二乙烯三胺(DETA),>gg%,南京海帮贸易有限公司;
丙酮,化学纯,西安三浦精细化工厂;
二硫化钼(MoS2),分析纯,天津市天力化学试剂有限公司;
氧化铝(A1203),分析纯,广东汕头市西陇化工厂;
硅烷偶联剂,KH-560,上海耀华化工厂;
邻苯二甲酸二丁酯(DBP),化学纯,西安化学药品有限公司;
硬脂酸钠,化学纯,上海化学试剂制品厂;
无水乙醇,化学纯,西安三浦精细化工厂;
SBS,YH-792,巴陵石化。
1.2设备与仪器
干燥箱,DHG,上海精宏实验仪器设备有限公司;
电子天平,VALOR 3000,上海亚津有限公司;
邵氏硬度计,LX-D,河北沧州欧谱检测仪器有限公司;
涂层附着力自动划痕仪,WS,兰州中科凯华科技开发有限公司。
1.3试样制备
混合填料制备:取氧化铝质量2%的硅烷偶联剂KH-560用无水乙醇稀释成稀溶液,将其均匀滴加到氧化铝中,在60℃左右条件下烘干1h。按照二硫化钼、氧化铝和SBS以3:6:1的比例混合均匀,并经充分研磨后备用。
EP涂层材料的配置:在烧杯中加入适量的丙酮,加入一定质量的EP树脂,充分溶解后加入EP质量15%的DBP作为增韧剂,加入EP质量5%的硬脂酸钠作为增容剂,按照表1的配方加入混合填料,加入EP质量g%的DETA作为固化剂,充分搅拌均匀备用。

涂层材料的成型:将EP涂层材料用小刷子均匀地刷在玻璃板或陶瓷板上,放入烘箱中,在60℃左右条件下干燥成型。
1.4性能测试与结构表征
用邵氏硬度计进行表面硬度的测试,每个试样取5个点求算术平均值;用表面划痕仪进行涂层材料附着力的测试。
2结果与讨论
2.1混合填料含量对涂层材料表面硬度的影响
图1为EP涂层材料的混合填料质量分数一表面硬度曲线图。从图1可以看出,混合填料的用量在50%-80%之间变化,在两种基体材料上,涂层材料的表面硬度都随混合填料用量的增加呈先增大后减小的趋势,且都在60%时处于最大值。

2.2混合填料用量对涂层材料附着力的影响
图2为EP涂层材料的混合填料用量一表面附着力曲线图。从图2可以看出,混合填料的用量在50%-80%之间变化,在两种基体材料上,涂层材料的附着力都呈现下降的趋势,而且用量从50%变化到60%,附着力下降的趋势比较小。

从数据分析来看,混合填料用量为60%时,涂层材料在玻璃板上的附着力是5 0%用量时的8g%,是80%用量时的148%;在陶瓷板上的附着力是50%用量时的91%,是80%用量时的14g%。因此,从附着力角度来说,混合填料用量越少,涂层材料在玻璃板和陶瓷板两种基体材料表面的附着力越大。
从EP涂层材料的表面硬度和在基体材料的表面附着力来看,混合填料用量从50%上升到60%时,表面硬度有明显的上升,而附着力呈略微下降的趋势。因此,从涂层材料的综合性能和性价比综合分析来看,混合填料的用量为60%左右时,用于陶瓷基体的EP耐磨涂层材料有较好的综合性能和经济效益。
3结论
(l)随着混合填料的用量由50%增加到80%,EP涂层材料的表面硬度呈现先增大后减小的趋势,并在用量为60%左右时达到最大值。
(2)随着混合填料的用量由50%升高到60%,EP涂层材料在玻璃板和陶瓷板表面的附着力略有下降;用量继续上升至70%,附着力急剧下降。
(3)混合填料的用量为60%左右时,用于陶瓷基体的EP耐磨涂层材料有较好的综合性能和经济效益。