前言

涂料指一种涂覆在物体表面并能形成牢固附着的连续保护薄膜的物料的总称，俗称油漆。既包括传统的涂料，也包含以各类树脂为主要原料生产的溶剂型涂料和水性涂料。

涂料也是一种材料，这种材料可以用不同的施工工艺涂覆在物件表面，形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。这样形成的膜通称涂膜，又称漆膜或涂层。

涂料作用

保护作用

防腐、防水、防油、耐化学品、耐光、耐温等。物件暴露在大气之中，受到氧气、水分等的侵蚀，造成金属锈蚀、木材腐朽、水泥风化等破坏现象。在物件表面涂以涂料，形成一层保护膜，能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展，使各种材料的使用寿命延长。所以，保护作用是涂料的一个主要作用。金属、木材等材料经常暴露在大气中，由于受到大气中水分、盐雾、气体、微生物等的侵蚀而逐渐毁坏。在物件表面涂上涂料，就能隔绝外界的腐蚀介质，防止腐蚀，延长使用寿命。

装饰作用

颜色、光泽、图案和平整性等。不同材质的物件涂上涂料，可得到五光十色、绚丽多彩的外观，起到美化人类生活环境的作用，对人类的物质生活和精神生活做出不容忽视的贡献。

涂料具有光亮、美观、鲜明艳丽、色泽悦目等特点，它可以改变物体原来的颜色，调和色彩，改善环境，美化生活。在国防上还利用涂料的保护色起到伪装隐蔽的作用。

特殊功能作用

标记、防污、绝缘等。对现代涂料而言，这种作用与前两种作用比较越来越显示其重要性。现代的一些涂料品种能提供多种不同的特殊功能。

如：电绝缘、导电、屏蔽电磁波、防静电产生等作用；防霉、杀菌、杀虫、防海洋生物粘附等生物化学方面的作用;耐高温、保温、示温和温度标记、防止延燃、烧蚀隔热等热能方面的作用；反射光、发光、吸收和反射红外线、吸收太阳能、屏蔽射线、标志颜色等光学性能方面的作用；防滑、自润滑、防碎裂飞溅等机械性能方面的作用；还有防噪声、减振、卫生消毒、防结露、防结冰等各种不同作用等。

涂料耐磨性与标准

一、涂料耐磨性的定义

涂料耐磨性，用于评估涂料表面在受到摩擦、耐磨等外力作用时的抵抗能力。通过模拟真实使用条件，测定涂料在一定次数下的耐磨程度，可以评估涂料的耐久性和性能。

二、影响涂料耐磨性的主要因素

（一）涂料基质

1. 涂料类型：不同类别的涂料，如聚氨酯、环氧树脂、氟碳涂料，因其化学结构、键强度和交联密度不同，耐磨性能差异显著。

2. 树脂的硬度和玻璃化转变温度：树脂的硬度和玻璃化转变温度直接影响涂膜的刚度和韧性，进而影响耐磨性。树脂硬度越高，涂膜越坚固，耐磨能力越强。

3. 颜料的类型和含量：颜料的自身硬度和与树脂的兼容性影响涂膜的耐磨性。硬质颜料，如二氧化硅和氧化铝，可提升涂膜的抗耐磨能力，但过量添加可能会降低涂膜的韧性。

（二）涂料表面形态

1. 表面的粗糙度：表面粗糙度较高的涂膜更易被磨损。光滑平整的表面能有效降低与磨料的接触面积，减轻磨耗。

2. 表面的致密性：涂膜的致密性影响其抵抗外力渗透和耐磨的能力。致密的涂膜具有较少的孔隙和缺陷，更不容易被磨损。

3. 表面的交联度：交联度高的涂膜结构更紧密，耐磨性能更强。交联度低的涂膜容易发生分子链滑移和断裂，导致耐磨性降低。

（三）涂料添加剂

1. 抗耐磨添加剂：无机纳米颗粒，如二氧化硅、氧化铝和氮化硼，可作为抗耐磨添加剂，有效增强涂膜的耐磨性。

2. 韧性添加剂：橡胶类聚合物，如聚异戊二烯和丁苯橡胶，可提高涂膜的韧性，防止脆性断裂，间接提升耐磨性能。

3. 疏水添加剂：疏水添加剂，如氟化物和硅，可降低涂膜表面的表面自由能，减少与磨料的粘附，减轻磨损。

（四）涂料施工工艺

1. 涂层厚度：较厚的涂层提供更多的耐磨保护层。然而，过厚的涂层可能会出现脆性断裂和剥落问题。

2. 涂层均匀性：不均匀的涂层厚度会导致局部磨损，影响整体耐磨性能。

3. 固化条件：涂料在适当的温度、湿度和固化时间条件下固化能形成致密的交联网络，获得最佳的耐磨性。

三、涂料耐磨性的测试标准

涂料耐磨性测试，是指用于评估涂料在特定条件下抵抗损和划伤的能力的标准化程序。其测试方法根据涂料的预期应用和暴露的损类型而有所不同。涂料的耐磨性可以通过多种方法进行测试，包括磨耗法、落砂法等。

目前常用的涂料耐磨性标准如下：

• 《色漆和清漆 耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》
• 《涂料耐磨性测定 落砂法》
• 《管道涂层耐耐磨性测试方法》
• 《航空航天系列 颜料和清漆 双组分冷固化聚氨酯涂料 耐磨性》《色漆和清漆 耐磨性的测定 第1部分：用覆有磨料纸的滚轮和旋转试样的方法》
• 《色漆和清漆 耐磨性的测定 第2部分：用耐磨橡胶滚轮和旋转试样的方法》《色漆和清漆 耐磨性的测定 第3部分：用覆有磨料纸的滚轮和直线往复试样的方法》

四、涂料耐磨性测试方法概述

（一）磨耗测试方法

常用标准为：《色漆和清漆 耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》

磨耗测试方法是通过在涂料表面施加磨料并测量涂料在一定时间或磨耗次数后的耐磨量来评估涂料的耐磨性。

常用的磨耗测试方法包括塔式磨耗试验和轮式磨耗试验。

磨耗测试结果可用于比较不同涂料的耐磨性并预测涂料在实际使用中的耐磨性能。

（二）落砂测试方法

常用标准为：《涂料耐磨性测定 落砂法》。

采用落砂法对涂层进行耐磨性能评估主要是模拟长期曝露在户外的涂层经受风沙吹蚀的耐耐磨性能。该方法的原理是让一定大小的砂砾通过固定内径的导管从规定的高度落到试验样板上，直至耐磨到露出底材为止。然后称取所消耗的砂量，以单位涂层厚度所用的标准砂量表示测试结果。

然而，落砂法耐磨测试操作虽然简单，但试验耗时比较长，而且试验结果重现性差，并且试验所选的磨料对试验结果有显著影响。这是因为从不同渠道来源的磨料，即使满足相关标准的粒度要求，但其磨料粒子形态特点存在差异，物理性能的一致性难以稳定，造成试验结果的可比性和重现性差。因此，为了使试验结果尽量有好的可比性，操作者须保证：

1. 使用同一来源的磨料，并且在使用前进行粗筛和干燥；

2. 严格按标准进行砂的流出速度校准：确保砂束的内心正好落在砂流的中心位置，且流出速度为21~23.5 s内流出2 L；

3. 校准磨耗圆点：最大磨耗区的中心应在磨耗椭圆形长轴的中心线上，并在距上端14~17 mm之内。

五、涂料耐磨性测试方法的发展趋势

1. 涂料耐磨性测试方法正在向更自动化、更灵敏、更准确的方向发展。

2. 新型测试方法正在被开发，以更好地模拟实际使用条件中的耐磨情况。

3. 涂料耐磨性测试方法正在与其他表征技术相结合，以提供更全面的涂料性能评估。

如何提升涂层的耐磨性

耐磨性对于配方设计师和涂料用户来说都具有实际重要性。只有定量了解磨损，关联导致涂层退化的各种外部因素，才可以找到避免或减少磨损造成的损坏的解决方案。一般来说，在使用过程中会受到磨损和机械损伤的涂都层需要耐磨性。那么影响涂层耐磨性的主要因素、原材料和测试方法有哪些呢？

影响涂层耐磨性的主要因素涂层的耐磨性与涂层抵抗接触或冲击引起的磨损或变形的能力有关。涂层的耐磨性越高，对基材长期保护就越高。

由于轮廓不均匀或粗糙，在两个接触面之间发生磨损。当凹凸不平的表面相互接触时，会产生研磨力。表面粗糙化导致外观变化，进而导致光泽和反射率降低。如果材料即使经过润滑也不符合磨损要求，则可能需要具有高耐磨性能的涂层。耐磨性不是涂层表面的独特性能，它也与其他物理特性有关，在功能上与弹性以及内聚力有关。

控制材料耐磨性的不同因素包括：

粗糙度-涂层表面越粗糙越容易磨损。

硬度、韧性和柔韧性-硬度必须与柔韧一起考虑。如果涂层硬度不够，冲击可能会使系统断裂至基底。而且，涂层硬度越高，越容易发生脆性断裂。

弹性-弹性也是控制磨损的重要因素。一般来说，弹性模量是衡量材料弹性变形趋势的指标。它是应变弹性极限的量度，是涂层在不发生永久变形的情况下所能承受的应变量的指标。

粘结强度和抗拉强度-出色的耐磨涂层必须能够承受高负载，提供低摩擦，并且不得出现内聚断裂或与基材的粘附。

接触几何形状-磨料颗粒的尺寸、长度和横截面积影响涂层的耐磨性。

颜料体积浓度（PVC）-随着颜料体积浓度的增加，其光泽、清洁能力、机械强度、耐洗牢度和耐磨性都会降低。

除此之外薄膜厚度也可能是一个关键因素。

影响涂层耐磨性的原材料提高涂料耐磨性的原材料涂料配方设计中耐磨性的考虑，主要是抵抗磨料磨损，同时保持足够的延展性以抵抗冲击。涂层表面的机械和光学特性主要由树脂系统决定。对于着色系统，颜料的颗粒及分散效果也会影响耐磨性能。还可以通过填料和特种蜡的方式，提升涂层耐磨性。让我们讨论一些示例及其在涂层耐磨性中的作用。

1、改善磨损的乳液/树脂体系类型树脂体系控制涂层表面的机械硬度、耐刮擦性、耐擦洗性和表面滑移的性能。不同种类的树脂体系，由于其结构的特殊性，可以提示涂层或某些基材的耐磨性。

2、提高耐磨性的有效助剂可通过添加添加剂进一步提高耐磨性。蜡可以提高耐刮性以及干膜的防堵塞特性。蜡用于保护涂层和/或其基底免受表面和物理损伤。蜡的硬度将决定提高耐磨性的效果。在涂料体系中，添加有机硅助剂可以快速降低表面张力和增加滑移。它们有助于提高涂层的耐候性和耐磨性、耐化学品和耐溶剂性。硅烷偶联剂，通过增加交联密度和反应性基团，提高耐擦伤性。它们提高了堆积密度，从而提高了电阻。

3、提高耐磨性的填料及颜料不同填料引起的磨耗量与填料的力学性能有直接关系。影响最大的是填料的破碎性。其中氧化铝在几种填料中的断裂韧性最好，因此它最不容易破碎，陶瓷材料次之，适应抗破碎能力最差。

硬度也是影响磨耗量的一个因素，填料的形状对磨耗量有一定的影响，当填料形状多为尖角、片状时，在砂磨作用下，容易破碎，当填料形状为圆角、球形时，破碎比较困难。填料粒度与磨耗量也有一定关系，在200-250目之间，磨耗量岁填料粒度的变化出现折点。填料粒度较小时，砂轮直接作用于涂层，填料无耐磨作用，当填料粒度达到一定范围，耐磨性开始体现。

随着填料的粒度进一步加大，与基料的接触面变小，耐磨性能反而降低。金属氧化物例如，硅氧化合物和氧化铝通常包含在树脂膜中，以抑制涂层的损坏、刮擦或磨损。耐磨填料例如，煅烧氧化铝、石英、碳化硅可以减少涂层的磨损，例如在道路标记和地板覆盖物中。

纳米氧化物颗粒可以在不影响外观的情况下提高涂层的物理性能。用于表面保护的纳米二氧化硅和纳米氧化铝颗粒也可并入着色涂料中。它们不仅具有抗划伤性，而且有助于提高耐磨性、附着力、污渍和耐腐蚀性因为纳米颗粒会形成更致密的涂层结构。测试涂料耐磨性的常用方法和标准涂层的磨损试验应定期进行，并作为比较涂层机械性能的基础。这些测试评估表面涂层的能力耐刮擦或损坏，整体耐用。许多类型的研磨介质和处理用于测试，例如快速和慢速移动、小或大负载、高温和低温、恒定或间歇接触。

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