耐磨耐高温聚苯硫醚复合涂层的研究

摘要

本论文以聚苯硫醚(PPS)为基本成膜物质,其中的填料分为两个体系:(1)原位反应生成氧化铜;(2)添加有机改性纳米碳酸钙。通过对配方、工艺的调整以及涂层性能的检测,优选出能满足耐高温、耐磨损的聚苯硫醚涂层;分别考察了不同金属表面处理法方法、TiO2含量、固化时间、固化温度对底层涂层粘结强度的影响;用XRD分析了涂层中填料的成分及涂层的结晶度;用FTIR分析了PPS氧化交联前后分子基团的变化,分析了涂层固化时的交联机理;用DTA分析了涂层的热稳定性及热分解温度;测试了涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并通过SEM对涂层磨损机理进行分析。得到的主要结论如下:
　　 (1)在底层涂料中添加15%的TiO2,对金属基材表面进行酸洗和硅烷处理,采用330℃、30min的固化工艺后,涂层与基材结合紧密,结合强度达到42MPa。
　　 (2)XRD分析表明,涂层经交联、固化、淬火后,涂层的衍射峰强度明显降低,表明PPS树脂由结晶聚合物向非晶转变;减小结晶度有利于PPS涂层韧性的提高。
　　 (3)涂层的红外光谱分析结果表明,固化前后PPS树脂分子链的主体结构未发生改变。但涂层中的硫原子在涂料熔融固化过程中发生氧化反应,硫醚(-S-)被氧化成亚砜(-SO-)或砜(-SO2-);涂层的交联主要发生在苯环上,苯环上的氢原子被氧化,形成芳醚。
　　 (4)面层涂料中,通过CuSO4与NaOH原位反应生成Cu(OH)2,加热脱水后生成CuO,这与XRD结果分析一致;原位反应实现了无机粒子在乳液中的均匀分散。
　　 (5)CuO/PPS/PTFE复合涂层的摩擦学性能明显优于PPS涂层,涂层的摩擦系数随CuO含量的增加而减小,磨损量呈先减后增的趋势,含CuO1.5%的涂层,其磨损量减少为原涂层的1/3。SEM分析表明,随CuO含量的增加,涂层的磨损机制由粘附磨损向磨粒磨损和疲劳磨损转变。
　　 (6)PPS/纳米CaCO3复合涂层在水润滑条件下的摩擦学性能明显优于干摩擦,摩擦系数和磨损量都只有干摩擦条件下的1/3左右;添加3%纳米CaCO3,涂层干摩擦系数降低了25%,相应的磨损率降低了32%。