氧化铝形貌和粒径对环氧-聚酯纳米复合耐磨涂层性能的影响

王好盛、丁飞、薛杨、张婧坤、张冬海、陈运法

中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室

摘要

分别采用纳米气相氧化铝（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，经静电涂装的方式制备环氧－聚酯纳米复合耐磨涂层。

在多功能摩擦实验机上对不同填充量的两种纳米氧化铝颗粒复合涂层进行耐磨性测试，采用电子扫描显微镜观察纳米氧化铝颗粒在涂层中的分散情况，采用激光共聚焦扫描显微镜观察磨损面的形貌，并对涂层的表面粗糙度、光泽度进行测量。

结果表明：F-Al₂O₃两种氧化铝颗粒都可改善涂层的耐磨性能，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颗粒质量含量为10%时，磨损速率变为纯树酯涂层磨损量的1/3；Q-Al₂O₃颗粒质量含量为30%时，磨损速率变为纯环氧－聚酯涂层的1/52。

两者的颗粒都增加了涂层的表面粗糙度，F-Al₂O₃对涂层表面光泽度无影响，Q-Al₂O₃含量越高，表面粗糙度提高，光泽度下降。

前言

粉末涂料是一种新型不含溶剂的固体粉末状涂料，由树脂、固化剂、无机填料、颜料和助剂等组成，各组分经熔融挤出方式复合，经静电喷涂方式在基材表面形成涂层。

具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节能等特点，广泛应用于家电、建材、工程机械、电子电气及一般工业领域。

在工程机械、电子电气等领域通常对涂层耐磨性要求较高，但是，受基体树脂较低分子量和交联密度的限制，现有粉末涂料还无法满足其对高耐磨性的要求，在使用后产生易脱落、破损的现象。

常规微米无机填料如碳酸酐、硫酸钡、硅微粉对涂层的耐磨性能改善效果亦不明显，无法满足需求。

通过物理或化学的方法将无机纳米颗粒引入到有机聚合物基体中，是一种制备耐磨涂层的有效方法。

常用纳米颗粒有氧化硅、氧化铝及氧化锆等，制备方法有机械共混法和溶胶－凝胶法。纳米颗粒的表面形貌、粒径、分散性以及纳米复合涂层的制备方法等都对涂层的性能有重要影响。

本研究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....