文/孙东洲，吕虎，于国良，李岳，孔宪志

黑龙江省科学院石油化学研究院

摘要：减摩涂料能起到减小摩擦、降低磨损及防止腐蚀的作用。考察了经过湿热条件老化后，尼龙粉末涂料塑化后的硬度、塑化后的吸水率、塑化后涂层的干摩擦系数及粘接试片的拉伸剪切强度等性能变化，明确了尼龙减摩涂料涂覆零件的环境适应能力，扩展了尼龙减摩涂料涂覆零件的应用范围。结果表明：湿热老化500h后，涂料的邵氏D硬度为78、吸水率为0.1176%、干摩擦系数为0.047、拉伸剪切强度为33.67MPa、强度保持率为81.31%。

关键词：减摩涂料；湿热老化；干摩擦系数；拉伸剪切强度

Study on the Effect of Damp Heat Aging on the Properties of Nylon Antifriction Coating

SUN Dong-zhou, LV Hu, YU Guo-liang, LI Yue and KONGXian-zhi

（Insititute of Petrochemistry, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150040, China）

Abstract: Antifriction coatings play a role in reducing friction,reducing wear and preventing corrosion. The changes of hardness, water absorption,dry friction coefficient of nylon powder coating after plasticization and tensile shear strength of adhesive test piece are investigated after aging under hot and humid conditions. The environmental adaptability of nylon antifriction coating parts is clarified. The application range of nylon antifriction coated parts is extended. The results show that after damp heat aging for 500h, the Shore D hardness of the coating is 78, the water absorptionof the coating is 0.1176%, the dry friction coefficient of the coating is0.047, the tensile shear strength of the coating is 33.67MPa and the strength retention rate is81.31%.

Key words: Antifriction coating; damp heat aging; dry friction coefficient; tensile shear strength

0 前言

减摩涂料是一类应用于金属表面形成涂层的高分子材料^[1~3]，起到减小摩擦、降低磨损和防止腐蚀的作用。很多有机和无机材料都具有减摩抗磨性能，其中应用较多的是高分子聚合物材料。高分子材料制成的粉末涂料，可用于制备在干摩擦或边界摩擦条件下工作的摩擦副表面涂层。摩擦副的摩擦与磨损，是影响机器设备的工作效率和使用寿命的主要因素^[4~7]。

高分子粉末涂料分为热固性粉末涂料和热塑性粉末涂料两大类。热固性粉末涂料主要有环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂等几大类，主要起绝缘、防腐和装饰作用，摩擦系数高、耐磨性差，无法作为减摩材料使用。用作减摩材料的高分子粉末涂料主要为热塑性材料^[8~11]，即各类工程塑料，主要有聚酰胺树脂（尼龙）、氯化聚醚树脂、聚四氟乙烯树脂（PTFE）等几类，其中聚四氟乙烯，化学稳定性、热稳定性和电性能优良，摩擦系数低。其缺点是与金属粘接附着力差、耐磨性差、机械强度低、易变形、线膨胀系数大，作为减摩材料，通常以填料形式加入其它塑料中，无法单独作为减摩涂料使用。氯化聚醚作为主体树脂的减摩涂层出现受压开裂的情况。综合考虑，聚酰胺树脂作为涂层受压时减摩涂层的主体树脂为较佳的选择。

本研究考察了经过湿热条件老化后，尼龙粉末涂料塑化后的硬度、塑化后的吸水率、塑化后涂层的干摩擦系数及粘接试片的拉伸剪切强度等性能变化，明确了尼龙减摩涂料涂覆零件的环境适应能力，扩展了尼龙减摩涂料涂覆零件的应用范围。

1 实验部分

1.1 主要原料与仪器

尼龙减摩涂料，市售、自制；γ-氨丙基三乙氧基硅烷（工业品），南京曙光硅烷化工有限公司；无水乙醇（化学纯），国药集团化学试剂有限公司。

电热鼓风干燥箱，型号DHG-9055A，上海一恒科学仪器有限公司；万能拉力机，（型号INSTRON-5969），美国Instron公司；滑动摩擦磨损试验机，（型号SS-3070HMC），台湾松恕检测仪器有限公司。

1.2 试片制备粘接塑化

1.2.1 粘接用试片表面制备

试片材质：0Cr15Ni₅Cu₂Ti沉淀硬化型马氏体不锈钢，规格尺寸为60mm×20mm×3.0mm。试片待粘接表面使用36#白刚玉进行喷砂处理。喷砂后使用乙酸乙酯擦拭金属试片待粘接表面清除油脂及灰尘。

1.2.2 试片粘接塑化

试片粘接塑化按下列步骤进行：

a）将两片表面制备好的试片放入235℃鼓风干燥箱中，保温5min。

b）迅速取出试片，蘸取粉末涂料，轻轻敲击试片非粘接表面振掉多余粉末涂料，放入235℃鼓风干燥箱中，保温5min。

c）重复b）操作一次后，迅速取出两片试片，趁热搭接贴合，施加0.03MPa压力，放入235℃鼓风干燥箱中，保温15min后关闭鼓风干燥箱电源。试片在鼓风干燥箱内冷却至室温。

1.3 分析测试

硬度测试：粉末涂料塑化后，样块的硬度测定按“GB/T2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度（邵氏硬度）”的规定执行，采用D型硬度计检测。

吸水率测试：粉末涂料塑化后，样块的吸水率测定按“GB/T1034-2008塑料吸水性的测定”的方法2规定执行。

干摩擦系数测试：粉末涂料塑化后，样块的干摩擦系数测定按“GB/T3960-2016塑料滑动摩擦磨损试验方法”的规定执行。

剪切强度测试：依照“GB/T7124-2008胶粘剂拉伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）”规定的测试方法进行测试，测试速率为5mm/s。

1.4 湿热老化试验

按照“GB/T1740-2007漆膜耐湿热测定法”规定的条件，塑化后的试样及粘接后的试片在47℃、R.H.95%的试验箱内，进行湿热老化试验。连续试验500h后，在（23±2）℃放置48h后进行测试。

2 结果与讨论

2.1 湿热老化对涂层硬度的影响

粉末涂料塑化后形成减摩涂层，涂层的起始压痕硬度是涂层滑动摩擦时工作状态的保证。涂层需要保持合适的硬度，满足工件的运动性能要求。涂层硬度湿热老化前后的数据见表1。

尼龙减摩涂料的主体材料为尼龙树脂，塑化后的样块在潮湿条件下能保持良好的尺寸稳定性，高温高湿环境对尼龙树脂的化学结构无明显影响。因此，经过湿热老化后，市售及自制涂料的涂层硬度均无明显变化。

2.2 湿热老化对涂层吸水率的影响

涂层吸水率是表征一定湿度条件下涂料塑化后的吸水量，是涂层是否憎水的标志。涂层吸水率湿热老化前后的数据见表2。

尼龙树脂吸水率低，涂层经过湿热老化试验后，憎水性能无明显变化。通过考察涂层硬度和吸水率两项性能发现，高温高湿环境对涂层本体的性能影响甚微。

2.3 湿热老化对涂层干摩擦系数的影响

涂层干摩擦系数表征了涂层的滑动摩擦磨损性能，是涂层减摩耐磨能力的具体体现。干摩擦系数湿热老化前后的数据见表3。

湿热老化500h后，涂层干摩擦系数稍有增加，推测温度升高时水蒸气使涂层表面的粗糙程度增加，表现为涂层干摩擦系数略有增大。这一现象不影响涂层的工作状态，涂层干摩擦系数增大后仍满足技术指标要求。

2.4 湿热老化对涂料粘接试片拉伸剪切强度的影响

涂料粘接试片的拉伸剪切强度是塑化后涂料对基体附着能力的表征，其数值大小关系到涂覆后工件的运动工作状态。强度低于设计值时，涂层容易出现开裂、脱落，导致设备无法正常运行。拉伸剪切强度湿热老化前后的数据见表4。

两种涂料、四种粘接状态粘接的试片，经过500h湿热老化后拉伸剪切强度均满足技术指标要求。市售涂料不使用底涂进行粘接时，强度保持率最高；自制涂料使用底涂进行粘接时，拉伸剪切强度最大。此现象说明以尼龙树脂作为涂料的主体材料，涂料涂覆后，涂层与基材间的界面能够耐受高温水蒸气的侵蚀。涂层很好地起到了保护基材的作用。

3 结论

塑化后的尼龙减摩涂料经过湿热老化500h后，涂层的邵氏D 硬度为78、吸水率为0.1176%、干摩擦系数为0.047、粘接试片的拉伸剪切强度为33.67MPa、强度保持率为81.31%。经上述研究，说明涂料涂覆后，涂层与基材间的界面强度能够耐受高温水蒸气的侵蚀。涂层很好地起到保护基材的作用。扩展了尼龙减摩涂料的应用环境范围。

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本文转载自《化学与粘合》2022年第44卷第1期