以正硅酸乙脂、KH-560、KH-570為先驅(qū)體，采用溶膠一凝膠法結(jié)合旋轉(zhuǎn)涂敷法在環(huán)氧樹(shù)脂基體上制備了有機(jī)硅耐磨涂層。采用鉛筆硬度測(cè)試方法、漆膜的劃格試驗(yàn)測(cè)試方法和自制耐磨性測(cè)試裝置對(duì)涂層的性能進(jìn)行了測(cè)試，采用掃描電鏡觀察薄膜的表面形貌。研究結(jié)果表明：適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑能有效提高溶臟的穩(wěn)定性和涂層的附著力；涂層硬度和耐磨性在一定溫度范圍內(nèi)隨熱處理溫度的提高而提高；環(huán)氧樹(shù)脂經(jīng)涂膜后，表面硬度和耐磨性有明顯提高，表面質(zhì)量得到明顯改善。
1引言
環(huán)氧樹(shù)脂由于具有密度低，抗沖擊能力強(qiáng)，良好的機(jī)械性能．電絕緣性能以及較好的熱、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但由于其硬度較低，抗劃傷能力差等缺點(diǎn)而使其應(yīng)用在某種程度上受到了限制，在環(huán)氧樹(shù)脂表面制備有機(jī)硅耐磨涂層可以有效地解決這些問(wèn)題。近年來(lái)，利用洛膠－凝膠方法（sol-gel）制備各種功能薄膜已逐漸被認(rèn)為很有發(fā)展前途。與其它傳統(tǒng)鍍膜方法相比，sol-gel方法具有很多優(yōu)點(diǎn)：可以較容易地實(shí)現(xiàn)多種成份的組合，工藝過(guò)程溫度低，產(chǎn)品組織均勻，純度較高，反應(yīng)過(guò)程易于控制，溶膠易于成膜等［句。尤其工藝過(guò)程溫度低，為在無(wú)機(jī)骨架網(wǎng)絡(luò)中引人有機(jī)成份或有機(jī)官能團(tuán)、創(chuàng)建體系的特定功能提供了一條方便途徑，其應(yīng)用之一就是在硬度不夠、耐磨擦性不好、易損傷的物體表面鍍制一層硬質(zhì)保護(hù)性薄膜。選用合適的先驅(qū)體，可以得到外表為無(wú)機(jī)涂層，中間為有機(jī)涂層的復(fù)合薄膜，因而既滿足抗劃傷性的需要，同時(shí)又能兼顧薄膜與基體之間的緊密結(jié)合I坷。本文選取正硅酸乙醋、γ－縮水甘油！蛙氧丙基三甲氧基硅皖（KH-560）和γ－甲基丙烯歌氧丙基三甲氧基硅’后(KH-570）制備洛膠，在環(huán)氧樹(shù)脂表面用旋轉(zhuǎn)涂覆法制備了無(wú)機(jī)－有機(jī)耐磨涂層。
2實(shí)驗(yàn)
2.1溶肢的制備
將正硅酸乙醋、硅皖偶聯(lián)劑、乙醇、乙酸乙醋按一定比例混合，并緩慢加入適量去離子水，再用稀鹽酸將榕液pH值調(diào)節(jié)至4左右，充分?jǐn)嚢?-2h,再陳化5-6h備用。
2.2薄膜的制備采用KW-4A型勻膠機(jī)利用旋轉(zhuǎn)涂覆法進(jìn)行鍍膜。旋轉(zhuǎn)的速度取決于元件的尺寸、鍍膜液的濃度和膜層的厚度。榕液在離心力的作用下，在整個(gè)元件表面形成均勻的膠體層，待其表面溶劑揮發(fā)盡后，放人鼓風(fēng)干燥箱干燥、固化即得耐磨涂層。
2.3性能測(cè)試
涂膜硬度采用鉛筆硬度測(cè)試方法；附著力采用漆膜的劃格試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。耐磨性測(cè)試：將樹(shù)脂片水平放置，然后將240號(hào)砂紙置于涂層表面，在砂紙上加載一定質(zhì)量的硅碼，測(cè)試時(shí)以一定的速度拉動(dòng)砂紙，使砂紙從涂層表面均勻劃過(guò)，以出現(xiàn)明顯劃痕的最小硅碼質(zhì)量表示耐磨性，如圖I所示。采用掃描電鏡觀察薄膜的表面形貌。
3結(jié)果與討論
3.1不同溶劑對(duì)涂層表面性能的影晌
分別考察了乙醇、丙酣、乙醇和乙酸乙醋的1昆合肖子被、乙醇和丙酬的？昆合溶液作榕劑時(shí)對(duì)涂層表面性能的影響。結(jié)果如表l所示。
從表1可以看出乙醇單獨(dú)作溶劑時(shí)，涂層表面有麻點(diǎn)出現(xiàn)，原因是由于乙醇極性強(qiáng)，所制得的溶膠對(duì)樹(shù)脂基板漫潤(rùn)性不好，以至?xí)新辄c(diǎn)出現(xiàn)。丙酣和含有丙酬的海合恪液作溶劑時(shí)，涂層易產(chǎn)生裂紋。涂層干燥過(guò)程中裂紋的產(chǎn)生原因很多，一般來(lái)說(shuō)與溶膠內(nèi)微區(qū)所受的應(yīng)力有關(guān)，而應(yīng)力的產(chǎn)生又有很多原因，如液相揮發(fā)過(guò)程中的表面張力，界面熱膨脹系數(shù)的差異等，因?yàn)楸梅悬c(diǎn)低，揮發(fā)性極強(qiáng)，所以在溶膠干燥過(guò)程中，由于溶劑和水分脫去的很快，極易造成膜層張力不均而導(dǎo)致涂層開(kāi)裂。乙醇和乙酸乙醋的1昆合洛液作溶劑時(shí)，既改善了溶膠對(duì)樹(shù)脂基板的提潤(rùn)性，又能抑止溶劑和水分的快速揮發(fā)，從而使涂層均勻收縮而不至于開(kāi)裂，所以制得的涂層表面光滑平整。
3.2不同偶聯(lián)荊對(duì)溶膠穩(wěn)定性及涂層附著力的影響
研究了不使用偶聯(lián)劑和分別使用KH-550、KH-560、KH-570作偶聯(lián)劑時(shí)，對(duì)溶膠的穩(wěn)定性和涂層附著力的影響一結(jié)果如表2所示。
純粹的元機(jī)氧化物膜層與環(huán)氧樹(shù)脂之間缺乏牢固的結(jié)合cl容膠中引人硅皖偶聯(lián)劑，其水解后在元件表面上形成了有機(jī)硅化合物薄膜，其結(jié)合強(qiáng)度是依靠極性鏈的親合力。以KH-560為例，其化學(xué)方程式為:
從而可以在較低溫度下生成既有硅酸乙醋水解生成的Si02，又有硅燒偶聯(lián)劑水解生成的有機(jī)硅網(wǎng)絡(luò)，這樣，既有助于有機(jī)硅膜層與樹(shù)脂基板的結(jié)合，又保持了無(wú)機(jī)硅氧化物的耐磨特性。當(dāng)然，鍍膜液中的硅酸乙醋和硅燒偶聯(lián)劑必須滿足一定的比例，才能更好地使膜層在滿足附著力的條件下，提高耐磨性。
從表2還可以看出：KH-550作偶聯(lián)劑時(shí)，榕膠穩(wěn)定性差，膠凝時(shí)間不足2d（通常把由陳化開(kāi)始至容器傾斜液體不流動(dòng)的間隔時(shí)間稱(chēng)為膠凝時(shí)間）。其原因是KH-550是氨基硅皖偶聯(lián)劑，水解后放出氨氣，氨是堿性催化劑，使溶膠過(guò)快縮聚膠凝OKH-560作偶聯(lián)劑時(shí)膠凝時(shí)間較KH-570作偶聯(lián)劑時(shí)短，其原因有待進(jìn)一步研究。
3.3溶膠濃度對(duì)涂料和涂層性能的影晌
溶膠濃度的大小將直接影響涂層的厚度，進(jìn)而影響涂層的耐擦傷性能。通常情況下，厚度越厚涂層耐磨性越好。表3是溶膠濃度對(duì)涂料性能的影響。由表可見(jiàn)，隨著溶膠濃度的增加，涂層的硬度提高，但是存儲(chǔ)時(shí)間縮短3隨著溶膠濃度的增加，涂層的厚度增加，因此硬度得到了提高。但是，并不是溶膠濃度越高越好。
因?yàn)槠δz濃度過(guò)高時(shí)，由于固化成膜時(shí)所得涂層厚度過(guò)大，涂層內(nèi)聚力增加，導(dǎo)致涂層開(kāi)裂且黠結(jié)力差．硬度反而降低悶。一般情況下，溶膠濃度不應(yīng)超過(guò)20%，但也不能太低，濃度太低，所得薄膜太薄，薄膜呈現(xiàn)五彩色。較好的溶膠濃度應(yīng)該控制在12%～14%之間。
存儲(chǔ)時(shí)間縮短是由于溶膠濃度較高，Si-OH之間以及Si-OH與Si-OR之間發(fā)生縮合反應(yīng)的幾率變大造成的。
3.4熱處理溫度對(duì)涂層性能的影晌
圖2和圖3分別為熱處理溫度對(duì)涂層硬度和涂層耐磨性的影響。
從圖2和圖3可以看出：在120℃之前，隨著熱處理溫度的提高，薄膜的硬度和耐磨性都有明顯的提高；薄膜的硬度在熱處理溫度達(dá)到120℃時(shí)達(dá)到最大值，為SH；耐磨性在溫度達(dá)到120℃時(shí)達(dá)到最大值。陸界載荷為30g。但是過(guò)高的固化溫度對(duì)于提高涂層的硬度并沒(méi)有幫助，反而會(huì)降低涂層的耐擦傷性能。主要原因是由于過(guò)高的固化溫度使得涂層中的內(nèi)聚力上升，導(dǎo)致了涂層與基材之間的甜結(jié)力下降。從而導(dǎo)致涂層在受到摩擦力時(shí)容易從基材表面脫落，耐擦傷性能下降。
無(wú)論對(duì)于何種塑料，其熱處理溫度都不能超過(guò)其玻璃化溫度，一般要低于玻璃化溫度IO℃以上，否則制品變形，嚴(yán)重影響其面形質(zhì)量。本試驗(yàn)采用的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃化溫度為140℃，因此本試驗(yàn)熱處理溫度采用120℃。
3.5涂層對(duì)樹(shù)脂基體表面質(zhì)量的影晌
圖4、圖5是樹(shù)脂表面的SEM圖片。從圖4和圖5對(duì)比可以看出：由于樹(shù)脂硬度較低，抗劃傷能力差，對(duì)其表面拋光易產(chǎn)生機(jī)械劃傷，不能使其表面光滑平整，在其表面涂敷一層有機(jī)硅耐磨涂層后，由于涂層硬度高，耐磨性能好，對(duì)其略微拋光，就能得到光滑平整的表面，使其表面質(zhì)量明顯改善。
4結(jié)論
采用溶膠－凝膠法結(jié)合旋轉(zhuǎn)涂覆法在環(huán)氧樹(shù)脂表面制備出外層為無(wú)機(jī)層，中間為有機(jī)過(guò)渡層的有
