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纳米氧化铝／环氧－聚酯复合涂层形貌分析

发布时间：2021-04-15 作者：zzj 分享到：

选用纳米气相氧化铝（F-Al2O3，平均粒径13nm）和纳米球形氧化铝（Q-Al2O3，平均粒径100nm），与环氧－聚酯粉末涂料熔融挤出复合，经静电喷涂制备不同含量的F-Al2O3／环氧－聚酯纳米复合涂层及Q-Al2O3／环氧－聚酯纳米复合粉末涂层，利用纳米氧化铝高硬度高模量的特点，以期改善涂料耐磨损性，从而增强材料的使用性能，并且比较两种纳米氧化铝形貌和粒径对涂层耐磨性能、表面粗糙度及光泽度的影响。

1.F-Al₂O₃和Q-Al₂O₃的SEM及TEM分析

图２为F-Al2O3和Q-Al2O3的SEM和TEM图。由图可见，F-Al2O3的原生粒径比较小，呈絮状团聚在一起，且较难分散，为无规则状，并以团聚体的形式存在，互相搭连形成网状结构，原生粒径为13nm左右。Q-Al2O3的颗粒呈球形，分散均匀，平均粒径为100nm左右。

2.纳米氧化铝／环氧－聚酯复合涂层形貌分析

F10和QA10所制复合涂层的断面SEM图见图3。由图可知，F-Al2O3颗粒在环氧－聚酯基体中仍以团簇体分布，团簇体的粒径在30~50nm左右；Q-Al2O3颗粒在环氧－聚酯基体中分散均匀，基本呈单个球状分散，粒径在10nm左右。

3 涂层的滑动摩擦测试

图4（a）为经过滑动摩擦实验后的涂层表面图片。由图可见，涂层表面留下了圆形磨损痕迹。

图4（b-g）为通过激光共聚焦扫描显微镜对磨损面观察的二维及三维形貌情况图。图5为从三维形貌图计算获得的不同纳米氧化铝含量对涂层较大磨损宽度及磨损深度的影响。由图4-图5可见，环氧聚酯涂层具有较大的磨损宽度和较深的磨损深度，F-Al2O3和Q-Al2O3颗粒均可降低涂层的磨损宽度和深度。由于熔融挤出加工条件的限制，F-Al₂O₃的较大填充量只有10%，而Q-Al2O3的添加量达到了30%。在相同含量（10%）下，含有F-Al2O3的涂层磨损宽度和深度均低于Q-Al2O₃体系。从F-Al2O3的SEM图可知，F-Al2O3具有较小的原生粒径，比表面积较大，因此实际填充体积较大，并且以“絮状”结构存在，在含量较高时易形成“网状”结构，与环氧－聚酯基体具有较大的界面作用，能够**阻止磨损的产生。而Q-Al2O3粒径相对较大，与环氧－聚酯基体界面较小，低含量下耐磨性能提高有限，但其为球形颗粒，流动性好，故可以有较大的填充量，在其添加量增加到30%的情况下涂层的磨损宽度和深度都优于10%含量的F-Al2O3。

纳米氧化铝含量对涂层比磨损速率的影响见图6。由图可见，随着纳米氧化铝含量的增加，涂层的比磨损速率增加，涂层耐磨性提高。在相同填充量的情况下，F-Al2O3复合涂层的比磨损速率都低于Q-Al2O3体系。F-Al2O3颗粒含量为10%时，磨损速率变为纯树酯涂层磨损量的1/3；Q-Al2O3颗粒含量为30%时，磨损速率变为纯环氧－聚酯涂层的1/52。

采用熔融共混法将F-Al2O3和Q-Al2O3纳米颗粒引入到环氧－聚酯复合涂层中，制备了不同氧化铝含量的环氧－聚酯纳米复合耐磨涂层。

（1）F-Al2O3和Q-Al2O3纳米颗粒都可改善涂层的耐磨性能，在相同填充量的情况下，气相复合涂层的比磨损速率低于球形体系。Q-Al2O3纳米颗粒具有高填充量，比磨损速率随含量的增加持续降低。F-Al2O3纳米颗粒含量为10%，磨损速率变为纯树酯涂层的1/3；Q-Al2O3纳米颗粒含量为30%时，磨损速率变为纯环氧－聚酯树酯涂层的1/52。

（2）F-Al2O3和Q-Al2O3纳米颗粒都增加了涂层的表面粗糙度，Q-Al2O3含量越高，表面粗糙度提高，光泽度下降。

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