楊 靜，張 呂，章于川，3

（1.安徽安大中鼎橡膠技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，安徽 合肥 230088；2.高性能橡膠材料及制品安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230088；3.安徽省綠色高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601）

某些橡膠制品由于裝配和使用要求需要在其硫化后表面噴涂功能性涂層[1]，賦予制品低的表面摩擦因數(shù)，從而提高耐磨性能；或是提高防護(hù)性能，使其耐介質(zhì)腐蝕和耐氧化老化等。此外，涂層設(shè)計(jì)指定顏色，可起識(shí)別作用，便于裝配不同產(chǎn)品或不同部位。為了在環(huán)境友好的前提下提高橡膠制品表面自潤(rùn)滑與耐磨性能，一方面選用耐磨性、附著力和柔韌性好的交聯(lián)成膜樹(shù)脂，如有機(jī)硅改性封閉型聚氨酯水性樹(shù)脂[2-4]，另一方面則通過(guò)加入減摩功能填料來(lái)降低涂層的表面摩擦因數(shù)[5]。減摩填料種類(lèi)眾多，聚四氟乙烯（PTFE）樹(shù)脂具有優(yōu)異的低摩擦和耐高低溫性能[6]，其水性分散液中PTFE粒徑為0.2～0.4 μm，穩(wěn)定性極好。

以往，橡膠表面涂裝的涂料均為揮發(fā)性有機(jī)化合物含量高的溶劑型，使用中用溶劑稀釋噴涂，在干燥成膜過(guò)程中產(chǎn)生較大的環(huán)境污染。為了符合環(huán)保要求，本研究自制了ZD-2有機(jī)硅改性水性PU乳液和亞光黑色漿料，制備PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料。

本研究涂裝的橡膠產(chǎn)品為某型轎車(chē)門(mén)把手處三元乙丙橡膠（EPDM）橡膠圈，要求涂層表面摩擦因數(shù)低、手感光滑、耐磨，呈亞光黑色。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM橡膠圈，安徽中鼎密封件股份有限公司產(chǎn)品；PTFE水性分散液D-1E，大金氟化工（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品；底涂劑primer 94，深圳市崇信科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；無(wú)水乙醇，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所產(chǎn)品；ZD-2有機(jī)硅改性水性PU乳液和亞光黑色漿，自制。

1.2 主要設(shè)備和儀器

JK300B型超聲波清洗機(jī)，合肥金民克機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品；WM-1.5型實(shí)驗(yàn)室臥式砂磨機(jī)，合肥華派機(jī)電有限公司產(chǎn)品；U450/80-220型多功能電動(dòng)攪拌機(jī)，上海微達(dá)工貿(mào)有限公司電機(jī)分廠(chǎng)產(chǎn)品；W-71型涂料噴涂工具，日本巖田公司產(chǎn)品；JSM-6501型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子公司產(chǎn)品；AL-7000S型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；QXD型刮板細(xì)度計(jì)，天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠(chǎng)產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

1.3.1 亞光黑色漿

亞光黑色漿基本配方為：水性樹(shù)脂 30～40，炭黑 10～15，消光劑 5～10，去離子水 35～55，潤(rùn)濕分散劑和消泡劑 0.1～0.5。

按照上述配方用實(shí)驗(yàn)室臥式砂磨機(jī)研磨0.5 h左右，用刮板細(xì)度計(jì)測(cè)量色漿粒徑至10 μm以下時(shí)出料，制得所需亞光黑色漿。

1.3.2 PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料

PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料基本配方為：ZD-2有機(jī)硅改性水性PU乳液 100，PTFE水性分散液D-1E 10～30，亞光黑色漿 5～6，成膜助劑 2～4，流平劑 2～4。

按照上述配方將ZD-2有機(jī)硅改性水性PU乳液、亞光黑色漿以及選定比例的PTFE水性分散液D-1E加入分散罐中，用多功能攪拌機(jī)以300 r·min-1的速度攪拌10～15 min，攪拌過(guò)程中緩慢加入成膜助劑和流平劑，使各組分充分混合均勻，制得PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料。

1.3.3 橡膠圈表面涂裝

硫化膠表面用乙醇超聲清洗5 min，先噴底涂劑primer 94，稍干后噴PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料，烘干、熱固化。

1.4 測(cè)試分析

按照安徽安大中鼎橡膠技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/AZD02—2015進(jìn)行下列項(xiàng)目測(cè)試。

（1）涂裝厚度。應(yīng)用SEM觀(guān)察涂裝樣品的側(cè)面，測(cè)量其厚度。

（2）附著力。應(yīng)用電子拉力試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行定伸100%的拉伸，觀(guān)察其涂層有無(wú)裂紋產(chǎn)生或脫落。

（3）滑動(dòng)摩擦因數(shù)。應(yīng)用電子拉力試驗(yàn)機(jī)以180 mm·min-1的速度平行拉動(dòng)底座，在涂裝樣品表面上勻速滑動(dòng)，計(jì)算涂層的滑動(dòng)摩擦因數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面處理對(duì)涂層附著力的影響

通過(guò)酒精超聲清洗可以除去EPDM制品表面灰塵及殘留脫模劑等物質(zhì)。雖然PU涂料含有—NCO，—NHCOO—等活性基團(tuán)，但是由于EPDM為非極性橡膠，沒(méi)有能與其鍵合的基團(tuán)，PU涂料直接噴涂烘干后，涂層在制品表面的附著力較差，因此必須對(duì)制品表面進(jìn)行底涂處理。經(jīng)過(guò)篩選，選用底涂劑primer 94，該底涂劑專(zhuān)門(mén)用于天然橡膠和EPDM等極性弱、難粘合橡膠的表面處理。底涂劑Primer 94含有多種活性很強(qiáng)的基團(tuán)，噴涂到橡膠表面后，會(huì)迅速與橡膠表面大分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變表面大分子結(jié)構(gòu)，并引入含活潑氫的基團(tuán)，與自潤(rùn)滑涂料中ZD-2水性PU的封閉異氰酸根在熱固化時(shí)進(jìn)行化學(xué)鍵合，從而顯著改善涂層對(duì)制品表面的附著力。

2.2 P TFE水性分散液用量對(duì)涂層附著力和滑動(dòng)摩擦因數(shù)的影響

PTFE水性分散液用量對(duì)涂層附著力和滑動(dòng)摩擦因數(shù)的影響如表1所示。

表1 PTFE水性分散液用量對(duì)涂層附著力和滑動(dòng)摩擦因數(shù)的影響

從表1可以看出，在涂料中添加PTFE水性分散液，能夠明顯降低涂層表面的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，且隨著PTFE含量的增大，滑動(dòng)摩擦因數(shù)逐步減小。但是當(dāng)PTFE水性分散液用量提高至30份時(shí)，涂層的附著力變差，滿(mǎn)足不了使用要求。

由于企業(yè)在產(chǎn)品使用要求中提及滑動(dòng)摩擦因數(shù)小于0.4即可，而PTFE水性分散液成本較高，因此選擇PTFE水性分散液用量為10份，從而實(shí)現(xiàn)最佳性?xún)r(jià)比。后續(xù)試驗(yàn)涂料中PTFE水性分散液用量為10份。

2.3 涂層厚度對(duì)滑動(dòng)摩擦因數(shù)的影響

橡膠圈表面噴涂自潤(rùn)滑水性涂料后，水分蒸發(fā)、成膜樹(shù)脂高溫交聯(lián)固化，在橡膠圈表面形成致密、緊固且完整的固體涂層。將涂層厚度不同的產(chǎn)品烘干后任取3個(gè)（記為試樣A，B和C），通過(guò)SEM進(jìn)行厚度測(cè)試，取其最大和最小值，測(cè)試不同涂層厚度試樣對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)摩擦因數(shù)大小，如表2所示。

由表2可知，涂層厚度對(duì)滑動(dòng)摩擦因數(shù)基本無(wú)影響，而且涂層厚度增大會(huì)導(dǎo)致涂料用量增大，使得產(chǎn)品附加成本提高，因此涂層厚度一般控制為5～10 μm。

表2 不同涂層厚度橡膠圈對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)摩擦因數(shù)

2.4 P TFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料對(duì)產(chǎn)品外觀(guān)的影響

涂裝PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料前后產(chǎn)品外觀(guān)如圖1所示。

從圖1可以看出，涂裝烘干后產(chǎn)品外觀(guān)為亞光黑，表面光滑均勻，無(wú)凸起，無(wú)氣泡、起皮及堆積，表明制備的水性自潤(rùn)滑涂料配合底涂劑能滿(mǎn)足EPDM制品表面涂裝及自潤(rùn)滑的要求。

圖1 涂裝PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料前后產(chǎn)品外觀(guān)

3 結(jié)論

（1）在自制的ZD-2有機(jī)硅改性水性PU乳液中，加入一定比例PTFE水性分散液D-1E、自制的亞光黑色漿及相應(yīng)助劑，通過(guò)高速剪切混合制備出的PTFE改性水性PU自潤(rùn)滑涂料符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）應(yīng)用該涂料涂裝經(jīng)過(guò)乙醇超聲清洗和底涂劑primer 94處理的EPDM橡膠圈，可在制品表面獲得滑動(dòng)摩擦因數(shù)低、自潤(rùn)滑和附著力好的亞光黑涂層，滿(mǎn)足轎車(chē)門(mén)把手EPDM橡膠圈的使用要求。