本發(fā)明涉及一種適用于金屬材料和非金屬材料表面防護的常溫固化型黑色耐磨涂料及其制備方法，屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

表面處理技術(shù)是指將有機復合材料在金屬或非金屬材料表面形成粘結(jié)涂層，用于修復和減緩工件磨損、延長工件使用壽命的一種技術(shù)，具有很好的應(yīng)用前景。

金屬工件或非金屬工件在使用過程中收到?jīng)_擊、摩擦，在一定程度上影響了其表面形貌，進而影響到其防腐效果，造成工件在實際使用過程中質(zhì)量下降、使用壽命縮短。現(xiàn)階段，在各行業(yè)的裝備制造中，輕量化已經(jīng)成為一種趨勢，應(yīng)用質(zhì)量較輕的鋁合金等金屬材料和塑料材料作為零部件的情況將大量存在，隨著使用強度的加大，零部件收到的沖擊、磨損也大大加強，需及時進行表面修復。而目前采用的噴漆工藝，由于存在涂層易剝落，耐磨性能差等問題，不能滿足當前要求。因此，研制一種既可用于鋁合金等金屬材料又可用于塑料等非金屬材料表面狀態(tài)修復的耐磨涂料顯得十分必要。

目前，裝備制造過程中鋁合金件的前期表面處理用的是陽極氧化法。利用聚氨酯樹脂形成的涂層可以對其表面進行修復，可以起到很好的耐磨效果，但涂層的耐高溫及熱老化性能較差。要提高涂層的綜合性能，就需要對聚氨酯樹脂進行改性。常用的方法是用有機硅樹脂改性聚氨酯樹脂。有機硅樹脂中的Si-O-Si的長鏈形成穩(wěn)定骨架，有機基團與硅原子相連可以形成側(cè)基，正是由于有機硅樹脂有這種特殊的結(jié)構(gòu)和組成，其耐熱性、耐候性、憎水性、阻燃性都較好。將有機硅樹脂用于聚氨酯樹脂的改性，可顯著這兩種樹脂的材料性能，有效克服單一高分子材料自身的缺陷。另外，在有機硅改性聚氨酯樹脂中加入納米級填料(如SiO2，MoS2，Al2O3，Cr2O3等)和其他助劑進一步改性，結(jié)果表明，涂料的附著力、抗沖擊強度、抗磨損能力都提高了很多。

能否設(shè)計一種既可用于鋁合金等金屬材料又可用于塑料等非金屬材料表面狀態(tài)修復的黑色耐磨涂料，同時常溫固化，涂裝方便，固化后的膜層有優(yōu)異的耐磨性能，在軍用和民用特種涂料領(lǐng)域，是重要方向之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種既可用于鋁合金等金屬材料又可用于塑料等非金屬材料表面狀態(tài)修復的黑色耐磨涂料。

本黑色耐磨涂料的組成及含量(質(zhì)量百分比)為：

本黑色耐磨涂料所用填料的組成及含量(質(zhì)量百分比)為：

本黑色耐磨涂料所用助劑的組成及含量(質(zhì)量百分比)為：

本黑色耐磨涂料所用混合溶劑是由二甲苯∶乙酸丁酯∶丙二醇甲醚乙酸酯＝2∶2∶1混合而成。

本黑色耐磨涂料的生產(chǎn)工藝過程為：

(1)聚氨酯預(yù)聚體制備：在60℃、氮氣保護條件下，邊攪拌邊將一定量的MDI-50滴入聚醚多元醇3050，滴加完畢后升溫至90℃，攪拌3h，得到聚氨酯預(yù)聚體。

(2)有機硅改性聚氨酯樹脂制備：按配比分別加入有機硅樹脂TSR144、聚氨酯預(yù)聚體和混合溶劑，升溫至120℃，恒溫攪拌4h，得到有機硅改性聚氨酯樹脂。

(3)黑色涂料制備：在70℃、高速攪拌狀態(tài)下，將一定量的填料、助劑加入有機硅改性聚氨酯樹脂中，混合均勻即制得黑色耐磨涂料。

本黑色耐磨涂料的使用方法：將制備的涂料和固化劑三異丙醇胺按比例混合均勻，加入適量溶劑調(diào)節(jié)到合適的粘度即可噴涂或刷涂使用。

本黑色耐磨涂料的主要優(yōu)點是：

(1)本涂料適用廣，既可用于鋁合金陽極氧化層的表面防護，還可用于塑料、橡膠、尼龍等材料的表面防護。

(2)本涂料所形成的涂層具有較好的耐磨性能，抗沖擊強度高，耐水、耐酸、耐堿、耐鹽、耐油、柔韌性強。

(3)本涂料固化溫度低，速度快，常溫下2小時左右即可表干，24小時左右實干。

具體實施方式

實施例1：

將10份有機硅樹脂TSR144溶于10份混合溶劑中，在室溫下完全溶解后，加入11份聚氨酯預(yù)聚體，在溫度120℃下恒溫攪拌4小時，然后降溫至70℃，邊高速攪拌邊加入20份填 料、助劑1份，三異丙醇胺1份，混合均勻。

實施例2：

將10份有機硅樹脂TSR144溶于10份混合溶劑中，在室溫下完全溶解后，加入14份聚氨酯預(yù)聚體，在溫度120℃下恒溫攪拌4小時，然后降溫至70℃，邊高速攪拌邊加入20份填料、助劑1份，三異丙醇胺1份，混合均勻。

上述實施例所得到的涂料及涂層性能見表1。

表1 性能測試表

注：①檢驗時漆膜厚度25±5微米；

②耐磨實驗條件：負荷500g，5000轉(zhuǎn)。

上述實施例的耐磨性能通過以下試驗進行驗證。

1、涂層硬度測試試驗

此試驗用于驗證實施例的涂層硬度，試驗方法參照GB/T 6739-2006。

參考例：

表面干凈的空白鋁合金試片，標準符合GB 9271-88中要求的制備方法。

比較例：

將10份有機硅樹脂TSR144溶于10份混合溶劑中，在室溫下完全溶解后，然后升溫至70℃，邊高速攪拌邊加入20份填料、助劑1份，三異丙醇胺1份，混合均勻。

與實施例對照的比較例為空白鋁合金試片。

試驗一：將參考例的空白鋁合金試片水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗二：將比較例的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為20μm，水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗三：將實施例1的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為20μm，水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗四：將實施例2的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為30μm，水平置于試驗儀器工作臺上。

試驗條件：在試片表面的涂層上推動硬度逐漸增加的鉛筆，以此來測定涂層的硬度。鉛 筆負載750g，鉛筆與試片夾角為45°。

試驗結(jié)果見表2。

表2 涂層硬度試驗結(jié)果

由表2測試結(jié)果可以看出，表面干凈且未做任何處理的空白鋁合金試片表面硬度較差，涂有比較例涂料的鋁合金試片表面硬度有所提高。涂有實施例1和2的鋁合金試片表面比涂有比較例的試片表面硬度效果顯著提高，并且涂層由20μm加厚至30μm后，表面硬度有提高，但提高不明顯。

2、涂層耐磨性能測試試驗

此試驗用于驗證實施例的涂層的耐磨性能，試驗方法參照GB/T 23988-2009。

參考例：

表面干凈的空白鋁合金試片，標準符合GB 9271-88中要求的制備方法。

比較例：

將10份有機硅樹脂TSR144溶于10份混合溶劑中，在室溫下完全溶解后，然后升溫至70℃，邊高速攪拌邊加入20份填料、助劑1份，三異丙醇胺1份，混合均勻。

與實施例對照的比較例為空白鋁合金試片。

涂層厚度以GB/T 13452.2中規(guī)定的方法測定。

試驗一：將參考例的空白鋁合金試片水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗二：將比較例的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為20μm，水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗三：將實施例1的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為20μm，水平置于試驗儀器工作臺上；

試驗四：將實施例2的涂料噴涂于干凈鋁合金試片表面，待涂層完全干燥后，測量其膜厚為30μm，水平置于試驗儀器工作臺上。

試驗條件：在溫度為23±2℃，相對濕度50±5％時，在每塊試片上標出1個直徑25mm的圓形區(qū)域，以45°角對準試驗器的導管中心，將標準砂灌注在實驗漏斗中，打開開關(guān)，使標準砂通過導管撞擊到試片上，直至厚度為T的涂層被破壞出一個4mm直徑的區(qū)域漏出底材，稱量磨料的使用量V，計算耐磨性A(L/μm)＝V(L)/T(μm)。

試驗結(jié)果見表3。

表3 涂層耐磨性能試驗結(jié)果

由表3測試結(jié)果可以看出，表面干凈且未做任何處理的空白鋁合金試片被磨損的僅是鋁合金金屬粉末，涂層耐磨性能記為0.0，相比而言，涂有比較例涂料的鋁合金試片表面硬度較差，消耗的標準砂較少，耐磨性能較差，而涂有實施例1和2的鋁合金試片表面硬度效果顯著提高，耐磨性能增強，并且涂層由20μm加厚至30μm后，表面硬度有提高，但提高不明顯。

3、溶液浸泡試驗

將按實施例1或?qū)嵤├?制備的涂料噴涂于鋁合金試片，完全干燥后在10％HCl(酸性溶液)、10％NaOH(堿性溶液)、3％NaCl(鹽性溶液)、和符合國家標準的飲用自來水(中性溶液)中進行浸泡試驗。試驗結(jié)果表明，涂料形成的涂層在4種不同溶液中的耐腐蝕性能較好，說明涂層對上述酸堿鹽等典型溶液的阻隔性能較好。