0　引言

　　火焰喷塑技术作为一种表面强化、防护及改性的实用技术,已广泛应用于各行各业,其原理是利用火焰将高分子粉末加热熔融,并喷射到工件表面形成涂层.利用火焰喷塑技术,可提高金属、陶瓷等固体表面的附着力,使塑料涂层厚度均匀可控,充分改善物体表面性能.同时,高分子材料的诸多优异性能(如耐腐蚀、耐磨、自润滑等)也得到充分而合理的应用.超高分子量聚乙烯(ＵＨＭＷＰＥ)因其具有优异的力学性能、耐化学药品性能、自润滑性能及耐磨性能而广泛应用于国民经济各个领域,尤其是在耐磨运输、设备衬里、机械零件等方面的应用具有独特优势.石墨(Ｇ)是一种多功能无机填料,具有优异的导热性、耐磨性、减摩性和自润滑性.由于Ｇ与ＵＨＭＷＰＥ在分子结构和物理形态上极不相同,所以两者相容性差,很难紧密地结合在一起,从而影响了由二者构成的复合材料性能的提高和使用.本文采用火焰喷塑技术及偶联剂处理石墨技术[1],以ＵＨＭＷＰＥ为喷涂材料,Ｇ为添加剂,制备复合涂层,并对该涂层的力学性能以及偶联剂ＴＰＭ的用量对涂层性能的影响进行研究.

1　实验

1.1　原料及配方超高分子量聚乙烯粉末,北京助剂二厂产;片状石墨粉,上海胶体化工厂产;ＴＰＭ偶联剂,天津化工研究院产.涂层配方见表1.



2　结果与讨论

2.1　涂层与基体结合强度及涂层自拉伸强度的测试涂层与基体的结合强度是判断涂层能否实用的主要性能指标之一.通过对结合强度的比较,可以优化涂层材料的选择及配方设计.涂层自拉伸强度是指涂层材料自身的结合强度,是衡量涂层质量的一个重要指标.通过对涂层自拉伸强度的比较,可以判断涂层配方中各组分对涂层性能的影响.采用文献[1]中的测试方法,分别对配方编号为1—29的涂层进行涂层与基体结合强度及涂层自拉伸强度测试,结果如表2所示.由表2可以看出,复合涂层配方12—29中采用偶联剂ＴＰＭ对石墨表面进行涂覆[1],结果使复合涂层力学性能明显改善.其中,配方19(ｍ(ＴＰＭ)∶ｍ(Ｇ)=2∶100)的体系综合性能较佳.这表明,偶联剂用量对体系的力学性能有较大的影响.当偶联剂用量较少时,偶联剂分子不足以包覆全部填料表面,树脂与填料不能形成充分的偶联结构;随偶联剂用量增加,被偶联剂包覆的填料表面积增加,填料与树脂两相界面的相溶性和粘结力相应增加,材料力学性能提高;但当偶联剂用量超过包覆全部填料所需用量时,一部分偶联剂分子便呈游离状态分布在填料与树脂的界面之间,形成部分包覆的双分子层或多分子层,降低了填料与树脂的粘结强度和浸润性,使体系力学性能降低.因此,只有当偶联剂分子恰好包覆全部填料表面形成单分子层时,体系性能最佳.



2.2　涂层的ＦＴ-ＩＲ测试对上述最佳复合涂层(ｍ(ＴＰＭ)∶ｍ(Ｇ)=2∶100)进行ＦＴ-ＩＲ测试,测试结果如图1所示.由图1可以看出,喷涂前复合涂层与纯ＵＨＭＷＰＥ涂层的红外谱图很相似,聚乙烯的特征吸收峰无改变.这表明:喷涂前ＴＰＭ与ＵＨＭＷＰＥ大分子没有发生化学或物理作用;喷涂后,涉及分子链振动的一些吸收峰发生了明显的改变.如涉及亚甲基[2]((ＣＨ2)ｎ,ｎ>4)平面摇摆振动的吸收峰720ｃｍ-1附近明显减弱甚至消失,涉及ＣＨ2平面剪式振动的吸收峰1470ｃｍ-1附近明显减弱甚至消失.这表明ＴＰＭ与ＵＨＭＷＰＥ大分子发生了物理缠结或化学作用,从而使复合涂层与基体的结合强度及涂层的自拉伸强度均比未用ＴＰＭ处理前有较大幅度的提高;火焰喷涂高分子材料不像常规的高分子材料成型加工那样,聚合物和添加剂之间有充分的塑化、混熔时间,而是瞬间通过高温火焰区,此时,偶联剂仍能发挥偶联作用,这为进一步研究开发火焰喷涂聚合物基复合涂层材料提供了依据.3　结论1)实验证明,在火焰喷涂ＵＨＭＷＰＥ/Ｇ复合涂层工艺过程中,采用偶联剂ＴＰＭ处理石墨技术是可行的.ＴＰＭ的加入增加了Ｇ与ＵＨＭＷＰＥ之间的相溶性,改善了复合涂层的力学性能.当ｍ(ＴＰＭ)∶ｍ(Ｇ)=2∶100,复合涂层中ｍ(ＵＨＭＷＰＥ)∶ｍ(Ｇ)=100∶20时,复合涂层综合性能较好,涂层与基体结合强度为6.82ＭＰａ,涂层自拉伸强度为32.79ＭＰａ.2)从复合涂层的ＦＴ-ＩＲ谱图分析可见,选用ＴＰＭ作为偶联剂且ｍ(ＴＰＭ)∶ｍ(Ｇ)=2∶100是合理的.这为进一步研究开发火焰喷涂聚合物基复合功能涂层提供了依据.