[发明专利]一种高硬度耐磨涂层的制备与应用

说明书

本发明公开了一种高硬度耐磨涂层的制备与应用，所述涂层为双组份：A组份由环氧树脂、纳米级气相法三氧化二铝、纳米二氧化硅经三辊机捏合后加入溶剂溶解合成，B组份由有机硅树脂与溶剂溶解合成；所选溶剂为二甲苯、无水乙醇、PM中的一种或两种混合溶剂；气相法三氧化二铝、纳米二氧化硅与树脂总量的质量比分别为8～15：4～8：100。A、B按活性比混合搅拌均匀后适用于喷涂工艺，喷涂在玻璃基板上，70℃表干1‑2h，120‑150℃固化2‑4h，形成的有机‑无机复合涂层铅笔硬度可达5H以上，负重1Kg钢丝绒耐磨次数1万次以上。

技术领域

本发明具体涉及一种高硬度耐磨涂层的制备与应用。

背景技术

聚合物及其复合材料具有摩擦系数低、密度小、可塑性强、比强度高及易加工等优点被广泛应用于化工、机械、医学和航空等领域。然而多数聚合物材料的分子链由范德华力和氢键相连，相对作用力较弱，在外力的作用下容易产生相对运动，造成分子链的滑移和断裂，导致材料表面出现裂纹、梨沟、麻点等缺陷。提高有机聚合物涂层的硬度和耐磨性成为材料科学领域研究的重点。

研究表明有机硅能够有效改善涂层的耐磨性，其中有机硅改性环氧树脂作为耐磨加硬涂层的研究越来越多，例如任鹏飞.硅氧烷类聚合物耐磨透明涂层的制备及其性能研究[D].浙江：浙江大学，2015：1-99，进行了硅烷偶联剂对双酚A丙烯酸树脂改性研究，发现硅烷偶联剂含量为10-20％时涂层铅笔硬度最高能达到6H，而且提高了基材的抗刮性能和耐磨性能。有机硅改性环氧树脂能够降低环氧树脂的内应力，又能提高环氧树脂的韧性和耐热性，因为有机硅树脂优良的热稳定性、耐氧化性、耐候性、低表面能及高介电强度等优点弥补了环氧树脂在上述方面的弊端。

此外，添加无机纳米材料也是减少磨损的有效方法，在提高硬度和耐磨的同时增加材料的防腐性、导电性、自清洁性等，例如将具有增硬功能的SiO₂纳米粒子加入有机树脂中，可得到耐磨性较好的涂层，SiO₂表面-OH能够键接到聚合物涂层的分子网络链结构单元上，与聚合物涂层网络链形成一体，使得涂层形成有机-无机杂化网络结构，从而提高了涂层的硬度和耐磨性。而纳米氧化铝作为增硬耐磨材料也有大量研究，如汤戈，王振家，马全友，等.纳米Al₂O₃粉末改善环氧树脂耐磨性研究【J】.热固性树脂，2002,17(1):4-8，发现Al₂O₃粉末粒度越小，涂层的耐磨性能改善越明显，添加质量分数10％，粒度30-60nm的γ-Al₂O₃氧化铝的涂层耐磨性最优。

基于以上有机硅-环氧树脂、纳米SiO₂、Al₂O₃在耐磨聚合物复合材料中的应用，本发明采用自制苯基甲基氨基硅树脂(制备方法可参见已公开发明专利号CN202010139970.5)与环氧树脂作为基底材料，纳米级SiO₂、纳米级气相Al₂O₃粉作填料，固化过程中环氧基与固化剂苯基甲基氨基硅树脂分子中-NH₂或-NH-反应生成体型网状结构，将纳米SiO₂、Al₂O₃粉固定下来形成高硬度耐磨涂层，解决了高浓度纳米SiO₂、Al₂O₃粉在胶水中易团聚问题，配合喷涂工艺可形成磨砂涂层，涂层表面细腻，颗粒分布均匀无团聚。

发明内容

本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。

一种高硬度耐磨涂层的制备与应用，该涂层由环氧树脂、有机硅树脂、气相法三氧化二铝、纳米二氧化硅复合形成，铅笔硬度可达到5H以上，负重1Kg钢丝绒耐磨次数1万次以上。