摘要：利用有機硅樹脂對環氧樹脂進行改性，添加了一定量的納米二硫化鉬、納米鋁粉、導電碳黑和石墨，制作了一種黑色耐磨防腐導電涂料。實驗表明，當有機硅樹脂用量為12%，填料為8%，混合溶劑組成為m(丙酮)∶m(醋酸乙酯)∶m(醋酸丁酯)∶m(二甲苯)=2∶1∶1∶1、用量為48%時，所得涂料耐磨性和防腐性能良好，涂層表面電阻達到了2.2×104Ω/cm2，具有較好的導電和防電磁性能。該涂料可以應用于陸軍武器裝備表面的電磁防護。
關鍵詞：導電涂料；有機硅樹脂；環氧樹脂；耐磨性；防腐
1·前言
隨著世界各國探測技術與制導技術的快速發展，對武器裝備提出了明確的隱身需求，要求新研制的裝備必須具有一定的隱身防護性能。由于涂料具有很多優點，如使用方便、適應現場及在野戰條件下對武器裝備的快速實施，對武器裝備的外形不需作任何的改動，對設計不提要求，適宜在現有裝備上推廣使用等，因而吸波涂料作為一種防雷達波隱身措施而獲得廣泛應用[1-2]。雷達吸波涂料一般由粘結劑和吸收劑組成。吸收劑大部分為粉劑或纖維狀，如鐵氧體粉、金屬超細粉末、陶瓷纖維、導電碳黑、石墨、導電高分子材料、納米材料、空心微珠等[3-6]。目前，雷達吸波涂料采用的樹脂有聚氨酯、環氧樹脂和氯丁橡膠等[7-8]。環氧樹脂形式多樣、固化方便、粘附力強，固化后體系收縮性低，具有優異的力學性能和特殊的化學穩定性，且價格低廉，是吸波涂料應用最廣泛的樹脂基體材料，但其耐磨性、柔韌性較差，需要對其進行改性。
本文采用有機硅樹脂改性環氧樹脂E-51。有機硅樹脂具有良好的低溫柔韌性、耐熱性和耐候性，而且表面能低，用其改性環氧樹脂能提高韌性和耐高溫性能、降低內應力。但是環氧樹脂與有機硅樹脂物理共混的相容性差，很難達到改性的目的，因而采用化學方法進行共混，即利用有機硅樹脂中的羥基、氨基、烷氧基與環氧樹脂中的羥基進行縮合反應，生成嵌段高聚物[9]，才能實現有機硅對環氧樹脂的化學改性。另外，在有機硅改性環氧樹脂中加入剛性無機填料(如納米SiO2、MoS2、Al2O3，改性蒙脫土等)進一步改性，可以大大提高涂料的耐高溫和耐磨性能。試驗表明，改性涂料的附著強度、抗沖擊磨損能力都有很大提高。另外，加入一定量的導電碳黑和石墨，能使涂料涂膜的表面電阻大大降低，從而具有一定的導電能力和防電磁性能。
2·實驗
2.1 主要原料和儀器
環氧樹脂E-51、有機硅樹脂和固化劑T31，江西省宜春市卓越化工公司；碳黑(2000目)、石墨粉(3000目)、抗氧化劑1010，天津化學試劑公司；納米二硫化鉬、納米鋁粉，武漢江北化學試劑公司；丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和二甲苯，天津市天大化學試劑廠。
電子天平(FA2004N)，上海精密科學儀器有限公司；精密電動攪拌器，江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司；ACL-385表面阻抗儀，陜西譜脈技術有限責任公司；鹽霧試驗箱(1804)、MS-255型濕砂橡膠輪磨損試驗機，天津天宇實驗公司。
2.2 涂料制作
首先將環氧樹脂溶于混合溶劑中，在室溫下完全溶解后加入有機硅樹脂及涂料助劑，在溫度為40~60°C條件下反應2h，然后加入填料和抗氧劑，高速攪拌混合均勻，即可制成黑色耐磨涂料的A組分。在使用的時候，將A組分和固化劑B組分按照一定的比例混合均勻即可。
2.3 性能測試
2.3.1 耐磨性試驗
涂膜耐磨性參照GB/T1768–2006《色漆和清漆耐磨性的測定旋轉橡膠砂輪法》，采用濕砂橡膠輪磨損試驗，其原理是利用轉動的橡膠輪帶動與水混合的礦砂、砂石、泥沙等磨料對各種金屬或非金屬材料產生磨損，根據失重量測定材料的相對磨損性。涂層厚度為(25±5)μm，材料使用45鋼基體，轉速為600r/min，載荷40N。實驗前先預磨200轉，準確稱重后開始正式實驗。磨損1000轉后，準確稱重，計算相對磨損率。
2.3.2 鹽霧箱加速腐蝕試驗
此試驗用于驗證不同含量的有機硅樹脂對涂料涂膜的防腐蝕性能。用A3鋼、炮鋼、20鋼、45鋼進行實驗，其中炮鋼為武器裝備中常用的PCrNiMoV合金鋼。試片規格為25mm×50mm×3mm，按GB/T9271–2008《色漆和清漆標準試板》規定的方法進行處理，然后將混合好的不同含量的有機硅樹脂涂料分別噴涂于試片表面，完全干燥后膜厚為0.03mm，置于鹽霧箱中。為了與本涂料進行對比，將空白的各試片置于鹽霧箱中，同時進行實驗。鹽霧試驗條件依據GB/T10125–1997《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》設定，試驗參照GB/T1771–1991《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》進行。
2.3.3 表面電阻的測定
按照GB/T1410–2006《固體絕緣材料體積電阻率和表面電阻率試驗方法》進行測試。
3·結果與討論
3.1 耐磨性能實驗結果
為了增加涂層的表面耐磨性能，在涂料中添加了納米二硫化鉬，該物質具有優良的耐磨性能。納米二硫化鉬的用量對涂膜耐磨性的影響見表1。
表1 納米二硫化鉬的用量對涂膜耐磨性的影響
由表1可知，隨著納米二硫化鉬添加比例的增加，涂層的相對磨損率有了明顯的降低，但是當其含量在涂料中大于1.0%時，涂層的相對磨損率變化不大。綜合考慮成本，在填料中添加12%的納米二硫化鉬，即其在涂料中的用量為1.0%。
3.2 有機硅樹脂含量對涂層防腐性能的影響
本涂料主要成膜物質是環氧樹脂，該樹脂形成涂層后具有優異的附著力、高填充量、耐化學藥品、高防腐蝕性能和耐水性。但是由于環氧樹脂涂層表面的柔韌性和耐候性較差，同時脆性較大，加速防腐性能較差，因此通過增加柔韌性能較好的有機硅樹脂，使涂層的表面性能得到改善。有機硅樹脂用量對涂層耐蝕性的影響見表2�？梢钥闯�，隨著有機硅樹脂含量的增加，涂膜的防腐性能得到了很大的提高，但是當有機硅樹脂含量大于12%以后，防腐性能的提高并不明顯，故本涂料選擇有機硅樹脂含量為12%。
表2 有機硅樹脂含量對涂層的鹽霧腐蝕試驗結果
3.3 填料用量對涂層導電性能的影響
碳黑、石墨和納米鋁粉都是電的良好導體，具有很好的導電性能和電磁屏蔽性能。以碳黑、石墨和納米鋁粉為填料，其用量對涂膜表面電阻率的影響見圖1。
圖1 涂層表面電阻率隨填料用量的變化
由圖1可知，當碳黑、石墨和納米鋁粉混合填料的用量從4%增加到6%時，涂層的表面電阻急劇下降；當填料用量超過8%，涂層的表面電阻率降低緩慢，同時，填料用量過大會降低涂層的附著力。因此，綜合涂層的物理性能和導電性能，填料最佳的添加比例為8%，此時所得涂膜的表面電阻率為2.2×104Ω/cm2，涂膜對電磁波具有一定的防護性能。
3.4 混合溶劑的確定
涂料中使用溶劑是為了將基料溶解成具有適當黏度的溶液，便于噴涂或涂刷，得到均勻的涂層，而在噴涂或涂刷后又必須使溶劑從涂層中揮發掉。因此，溶劑的選擇十分重要。經過試驗發現，能夠完全溶解環氧樹脂和有機硅樹脂的溶劑有醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸戊酯、丙酮、丁酮、甲基異丁酮、甲苯、二甲苯等。考慮到成膜的速度和溶解度參數，經過大量的試驗確定了該涂料的溶劑及配比為：m(丙酮)∶m(醋酸乙酯)∶m(醋酸丁酯)∶m(二甲苯)=2∶1∶1∶1。在此條件下得到的涂層表面比較平整，在室溫下，表干時間為2h，實干時間為24h左右。
3.5 涂料性能測試結果
根據上述試驗確定的涂料配方為(以質量分數表示)：
涂料配方
其中，填料是由碳黑(2000目)40%、石墨粉(3000目)10%、納米二硫化鉬12%和納米鋁粉38%混合而成(均為質量分數)，混合溶劑由丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和二甲苯按質量比2∶1∶1∶1組成。按此配方研制的涂料具有一定的耐磨、防腐和導電功能，可以用作防電磁材料。涂料涂膜的主要性能測定結果見表3。
表3 涂膜主要性能測試結果
4·結論
以環氧樹脂為主要成膜物研制了一種耐磨、防腐和導電的涂料，該涂料在常溫下即可固化，2h即可表干，24h左右實干。涂料經過有機硅樹脂改性后，成膜具有良好的耐鹽霧性能；添加一定量的納米二硫化鉬后，涂層耐磨性具有很大的改善；通過添加具有導電性能的填料(包括碳黑、石墨粉和鋁粉)，涂層表面電阻達到了2.2×104Ω/cm2，具有一定的導電性能，從而獲得一定的防電磁性能，可廣泛應用于陸軍裝備表面的電磁防護。
