摘要:为研究聚脲涂层在干摩擦条件下和高速含砂水流冲蚀条件下的性能变化情况,用Taber磨损试验机和高速含沙水射冲蚀磨损试验机测试了聚脲涂层的磨损性能,用扫描电子显微镜和白光共焦三维轮廓仪观测涂层的磨损表面形貌,用表面红外光谱和电子显微镜能谱元素分析了涂层表面试验前后的组分变化,分析了涂层在2种摩擦条件下的磨损情况。试验结果表明:聚脲涂层在2种摩擦条件下都具有良好的耐磨性能;在干摩擦条件下,涂层受热作用而氧化,导致C/O两元素的比率下降;在冲蚀磨损条件下,涂层不易氧化,由于亲水性成分的损失而导致C/O两元素的比率增加。

    关键词:聚脲涂层;干摩擦;冲蚀;元素比率;磨损

    中图分类号:TH11711文献标识码:A文章编号:0254-0150(2008)9-007–3

    喷涂聚脲弹性涂料是近年来发展较为迅速的一种高性能环境友好涂料。该涂料的双组分经特殊的双口喷涂设备，在喷枪口于较高温度(一般大于60℃)下瞬间撞击混合并喷涂，并在几秒到几分钟的时间内快速固化成型，适合于在多种基材、任意曲面、斜面及垂直面上喷涂，一次施工可制得数百微米以上的涂层[1]，工作效率高。涂层具有优异的抗张强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性[2]。喷涂弹性聚脲技术已在工程防水防渗、工业重防腐及机械衬里耐磨保护等领域得到推广应用，研究者们正尝试把该种涂料应用于水工建筑泄水结构保护[3-5]。我国水源含沙量普遍较高，泄洪时水流落差大，大流量高速含沙水流对水利电力工程的泄水结构产生严重的冲击和磨损，这种磨损条件与干摩擦条件存在区别。本文作者通过试验和分析探讨了聚脲涂层在干摩擦条件下和高速含水砂流冲蚀条件下的磨损行为，以期为新型材料在水工建筑泄水结构上的应用提供理论与试验依据。

    1实验部分

    1.1试样制备

    将质量分数为60%端胺基聚醚、10%低聚物多元醇、30%扩链剂，在100～110℃的高真空下脱水，当含水量低于8×10-4(质量分数)时降温，用精度为01074mm的筛网过滤，作为涂料B组分。以与B组分相同质量的交联剂(商品名：R94800，NCO含量为1515%±015%，粘度为400～600mPa·s)为涂料A组分。将A、B组分装入MH2ⅢA型聚脲喷涂设备，采用P22型喷枪喷涂。试样底材为厚3mm、直径100mm且中心开孔(直径9mm)的圆形玻璃试片。喷涂前，玻璃试片用丙酮清洗干净。喷涂压力为15MPa，喷涂温度为60℃，涂层厚度为(210±012)mm。涂层完全固化后，将涂膜从玻璃试片上剥离。

    1.2性能测试

    按照HG/T383122006《喷涂聚脲防护材料》，测定硬度、凝胶时间、撕裂强度、拉伸强度和断裂伸长率等性能。

    按照ISO778422：1997《色漆和清漆耐磨性的测定第2部分：旋转橡胶砂轮法》，采用Taber试验仪(型号：TORSSEE；生产厂：日本东京制作所)测定涂层的耐磨性。测量参数为：转盘转速60r/min，采用CS17型橡胶砂轮，加压负荷为715N。称量磨损前后涂膜质量损失的分析天平精度为011mg。

    采用GSPS2S型高压水射流冲蚀磨损试验机评价涂层的冲蚀磨损性能，磨粒采用粒度为61μm的石英砂，水流含砂量为8%～10%，喷射压力为15MPa，试验时间5min，喷嘴与试样的角度为45°。

    采用JSM25600型扫描电子显微镜(SEM)和白光共焦三维轮廓仪(MICROMESURE2)观测了涂膜在试验前后的表面形貌。

    用Nexus670型红外光谱仪(FT2IR，水平ATR附件)和SEM测量了涂膜实验前后涂层表面的化学成分分布。

    2结论

    (1)聚脲涂层在干摩擦条件和高速含水砂流冲蚀条件下都体现出了优异的耐磨性能，由于聚脲涂层良好的韧性使得在高速含沙水射流条件下形成的裂纹、冲蚀坑等损伤不易扩展，不会形成大面积剥落。

    (2)涂层体系中仍然存在微小气泡缺陷，在摩擦磨损过程中不会扩展，通过改变涂层制备工艺，减少微小气泡缺陷，有可能进一步提高涂层的摩擦学性能。

    (3)在干摩擦条件下，聚脲涂层受热作用而氧化，导致C/O两元素的比率下降；在冲蚀磨损条件下，涂层不易受热氧化，因此聚脲涂层有利于在水工环境中使用；在冲蚀磨损条件下，C/O两元素的比率增加，因此需要使聚脲的交联密度提高，使活性氢组分完全参加固化反应，从而进一步提高聚脲涂层的耐水砂流冲蚀的能力。