等离子体处理对环氧树脂涂层性能的影响

摘要

环氧树脂涂层以其优异的机械性能、固化后收缩率小、耐腐蚀、耐热性好等优良性质被广泛应用于腐蚀防护、表面防护、表面装饰及增强等领域。但是，环氧涂层与基体间的结合强度较差，在外力或特殊环境下容易脱落，涂层的抗老化性能差等问题，严重限制了环氧涂层的应用。为此，本文采用低温等离子体喷涂法来制备环氧涂层，通过等离子体中高活性的基团对基体表面和环氧树脂粉体进行改性来提高涂层与基体之间的结合强度的同时进一步提高环氧树脂涂层的其它性能；采用XRD、AFM、红外光谱等现代分析方法对其改性机理进行探讨；并对制备出涂层的厚度、硬度、孔隙率、耐磨性、耐蚀性等性能进行分析，以及对在紫外和湿热老化环境中研究涂层的性能的变化规律，为高强度环氧树脂涂层制备提供依据。 研究结果表明，使用空气、氮气和氧气低温等离子体处理钢基体后，基体表层氧化生成一定量的Fe2O3和Fe3O4氧化物，且氧气低温等离子体处理的基体表面氧化物含量高于空气、氮气等离子体处理的基体表面，生成的氧化物增大了基体表面的粗糙度，其中氧等离子体处理后的基体表面粗糙度为72.80nm，比未处理时提高了大约3倍；基体表面的极性表面能和色散表面能均得到提高，其中氧气等离子体处理后表面能最大为66.77×10-3N/m，比未处理时提高了61.1%；等离子体处理后钢基体表面成功引入-OOH等基团，环氧树脂粉体通过等离子体处理后C=O、C-O、-OH官能团明显增多。基于上述钢基体和环氧树脂粉体性质的改变，等离子体处理后制备出的环氧树脂涂层与钢基体的结合强度得到大幅度提高，其中空气、氮气和氧气处理2min后的结合强度为4.25Mpa、6.64Mpa、7.5IMpa，分别比未处理时提高了2.5倍、3.9倍、4.5倍。在相同粉末含量、相同制备工艺条件下，等离子体制备出的涂层厚度、致密度、耐磨损性能及耐蚀性均得到了提高，其中氧气等离子处理后的涂层性能均高于空气和氮气等离子体处理后的涂层。通过紫外和湿热老化两个月后的试验表明，通过等离子体处理可以提高涂层与基体之间的结合强度，当使用氧气等离子体处理2min后的结合强度分别提高到4.30Mpa和2.57Mpa，效果最佳。

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