高分子自润滑材料等在涂附磨具超涂层技术中的应用及研究进展

薛峰

山东汉狮研磨材料有限公司，中国·山东 滨州 251700

1 引言

涂附磨具在工件物体表面研磨、抛光时，与工件表面形成摩擦，在摩擦过程中，分子不断发生碰撞，产生热量。当分子间撞击足够剧烈的时候，会使原本束缚在最外层的电子脱离其轨道，这个逃逸的电子跑到另一个物体上时，就会产生摩擦起电。摩擦力大小与工件表面粗糙度、接触面积、接触压强有直接关系。滑动摩擦过程中存在粘着和滑动两种现象：由于摩擦接触点产生放热等原因，会发生摩擦粘着；接下来由于摩擦力使接触点在微观上发生剪切形变，进而滑动形成摩擦跃动[1]。

超涂层就是为了解决研磨、抛光过程中产生的发热和静电这两个问题，伴随着涂附磨具共同发展起来的一种新技术。

工件在长时间的研磨、抛光过程中摩擦产生的热量，会造成工件表面的破坏或擦伤。通常加入润滑材料，降低摩擦系数。另外，润滑材料起到冷却作用，可以降低物体运动表面因为摩擦而产生的热量，使工件表面具备适宜的温度。润滑技术通过在相互摩擦表面之间施加润滑剂而形成润滑膜，藉以避免摩擦表面直接接触，构建具有较高法向承载能力和尽可能低的切向阻力的界面层，达到减少摩擦磨损的目的同时，润滑膜还具有散热除锈、减振和降噪等作用[2]。

2 超涂层种类及特点

2.1 溶剂型超涂层

涂附磨具的防堵塞超涂层，是用溶剂型的成膜剂和润滑粉组成，涂覆在砂纸砂布等研磨材料的表面上，使其在打磨抛光时具有一定的防堵功能，并达到延长砂纸的使用寿命的目的。

这类溶剂型超涂层，润滑粉以硬脂酸钙为代表，使用量最大，也可用作热稳定剂、润滑剂。成膜剂以纤维素为粘结剂，提供良好的粘着效果。

这种涂层一般使用的溶剂为苯类的有机溶剂，产生的废气、废水如若处理不好，会造成环境污染，且对员工的身体也有损伤，另外生产加工成本也较高。

2.2 水性涂层

这类水性涂层包括粉状润滑剂、水性成膜剂、助磨剂、防静电剂、乳化剂等主要物料，由于粉状润滑剂为粉体材料，很难分散到水溶液中，必须通过特殊的研磨、乳化等手段才能改变成为水溶性质的材料。

水性环保防堵塞涂层可采用水作为溶剂，环保且成本低，耐热性、耐磨性好且防堵效果好。在生产过程中，环境清洁干净，无有毒有害气体挥发，对员工的身体健康不会造成威胁，对自然环境不会造成危害。

另外，水性涂层涂附工艺简单，操作方便，涂附后砂纸表面纹路清晰、稳定，设备易清洗。水性涂层是在溶剂型超涂层之后，开发的一种新型涂层材料，已经广泛应用于涂附磨具的生产制造。

2.3 热熔胶

热熔胶主要成分包括：树脂、抗氧剂和粘度调节剂等。它是一种固体可熔性聚合物，不需要溶剂、也不含有水分；在常温状态下呈固体，加热到一定温度会熔融而具有流动性，并且具有较大粘性。受热熔融状态下，热熔胶呈白色或浅棕色。

热熔胶种类很多：热塑性和热固性；聚酯酰胺（PEA）、聚乙烯（HDPE、LOPE 和CDPE）、聚酯（PES）、聚酰胺（PA）和聚氯乙烯（PVC）；形状有棒、粒状、片状。

在制造不同的涂附磨具产品时，根据性能要求，选择不同种类的热熔胶。选择依据主要包括：胶的颜色、砂面表面处理状况、烘干工艺时间、产品耐温性、涂层粘结力大小。

2.4 纳米微粒在涂层材料中的应用

纳米材料以其特有的微粒效应和界面效应，涂层材料的物理机械性能和抗老化等性能得以显著提高，甚至在某些方面使涂层具有特殊的功能。在涂层材料中的加入纳米材料，使涂料涂层向更加广阔的功能化方向发展[3]。

超涂层用纳米材料有以下特征：①具有微颗粒才具备的光学性能；②粒径极小，使得表面积很大，形生较高的活性表面；③纳米材料表面原子数所占的比例大，进而对材料进行较大程度的增强、增韧；④提高复合材料的玻璃化温度，作为性能优异的流变助剂。

2.5 高分子自润滑材料在涂层材料中的应用

高分子基复合材料广泛用作无润滑（干燥条件）、水润滑、真空、低温或者腐蚀性气氛中，一般具有延展性与机械性质的多样性，是一类全新的润滑耐磨材料。

高分子材料作为润滑材料具有以下优点：①韧性好、吸收振动、无噪音、对材料不损伤；②化学稳定性好；③低温性能好；④共存性好且耐油性优；⑤电绝缘性优良。目前常见的高分子固体自润滑材料主要有聚四氯乙烯（PTFE）、聚甲醛（POM）、聚醚醚酮（PEFK)、聚苯硫醚（PPS）及聚酰亚胺（PI）等[4]。

2.6 填料在超涂层中的作用

复合材料耐磨性能的提高取决于其承载能力的增强。填充硬质填料后，复合材料磨损机理的转变是其耐磨性能提高的重要原因。

研究证明，胶粘剂粘着磨损为主的机理，在加入填料后，转变为以填料的磨粒磨损为主。填料使粘结涂层的磨损机理发生了改变，同时提高了基材表面与涂层之间的粘结强度，涂层的抗压承载能力也得以增强，从而使涂层的耐磨性能进一步提高[5]。

3 结语与应用展望

随着加工水平的日益提升，在不久的将来，从木器表面到汽车漆面，从板材抛光到漆面修补等不断提升表面工程处理技术。因此，针对工件研磨、抛光及其作用机制的研究将会是关注的焦点之一。在涂附磨具超涂层领域，关于涂层和处理工艺的优化、复合表面技术、纳米材料应用技术、高分子自润滑材料等方面的研究也必将开启新的篇章，届时不同行业、不同加工领域对材料表面性能的要求将得以实现。