0 前言
氟碳涂料在耐候性、耐腐蚀性、耐化学药品性、抗沾污性和高装饰性方面，具有其他涂料无法比拟的综合优点，可以应用于航天航空、桥梁车辆、船舶防腐和化工建筑等领域，是钢材、铝材、塑料、木材、水泥表面的防护和装饰涂料，因此用途广泛［1］。
常温固化氟碳涂料系氟乙烯- 乙烯基醚（酯）共聚物（FEVE）涂料，由于引入—Cl、—OH、—COOH 等活性基团，使FEVE 树脂不仅易溶于溶剂，可常温固化，而且与颜填料的润湿性得以改善，应用范围得以拓宽［2］。在涂层制备过程中经常出现表面不致密，不平整，含微气泡等缺点，严重影响了氟碳涂层的各项优异性能中国机械网okmao.com。本文研制了一种纳米填料氟碳涂层，并严格控制其表面缺陷以及微气泡的产生，确保涂层具有高效防腐性能以及其他各项优异性能。
1 实验部分
1.1 实验试样
本实验采用试样为304 不锈钢（120 mm×50 mm×1.5 mm）。
1.2 主要设备及原料
原料：氟树脂，常熟三爱富；固化剂：3390，德国拜耳；填料：纳米钛白粉，杜邦；流变剂：膨润土BP-18，浙江华特；流平剂：EFKA-3777，汽巴公司；消泡剂：BYK®-A 560；CAC（乙二醇乙醚醋酸酯）：上海嘉荣；二甲苯、醋酸丁酯等混合溶剂：市售。设备：恒速搅拌器；超声波清洗机；傅立叶红外光谱仪；QHQ 型涂膜铅笔划痕硬度仪；QFD 型电动漆膜附着力试验仪；电子扫描显微镜；空气压缩机；电子天平等。
1.3 氟涂层的制备工艺
组分A（氟涂料）的制备：先将纳米填料和分散剂加入混合溶剂中，用恒速搅拌器搅拌30 min，使其分散均匀；再加入氟树脂、流变剂、消泡剂等其他助剂，继续搅拌30 min，待用。
组分B（脂肪族聚异氰酸酯固化剂）：由拜耳公司提供的3390 型固化剂，其—NCO 含量为19.6%。m（氟涂料）∶m（固化剂）=1∶0.085。
1.4 氟涂层的涂装工艺
1.4.1 基材处理
先对试样进行喷砂处理。选用80 目石英砂为磨料，以0.5~0.6 MPa 干燥洁净压缩空气为动力，喷距为150 mm，喷射角为30°~75°，将磨料高速喷射到试样表面。接着将试样放入超声波清洗机中清洗20 min。然后采用以下处理工艺：碱洗除油→水冲洗→酸洗→水冲洗→烘干。
1.4.2 喷涂工艺
以m（氟涂料） ∶m（固化剂）=1∶0.085 的比例将A、B 两组分混合，用恒速搅拌器搅拌15 min，再静置熟化30 min 后，用于喷涂。喷枪在5 MPa 的压力下，距试样约30~40 cm 的距离连续喷涂，使涂层厚度约为200 μm，再将喷涂好的试样置于室温下固化168 h，即得成品。
2 结果和讨论
2.1 涂层的定性分析
图1为所得涂层的红外谱图。其中3 432 cm、2 932 cm、679 cm处为纳米TiO2 的特征吸收峰；1 771 cm与1 232 cm处为酯基（O—C—O—）的特征吸收峰；1 086 cm 处的尖锐吸收峰为C—F 键的特征吸收峰。从该谱图中可以看出：O—C—O—键和C—F 键的吸收峰是谱图中最强的主特征峰，故可确定此涂层为含有纳米TiO2填料的FEVE 氟碳涂层。
FEVE 氟碳涂层的红外光谱图
2.2 涂层性能
氟涂层的性能指标见表1。
氟涂层的性能指标
2.3 流变剂对涂层表面性能的影响
涂料生产和施工需要低的涂料粘度，涂料的流平粘度要求更低，然而涂料的抗沉降、颜料分散和抗流挂则要求高粘度。为了提高颜料的抗沉降性能和涂料的抗流挂性，并同时确保涂料良好的施工性和流平性，必须赋予体系触变性能。添加流变助剂能赋予涂料良好的触变特性，使整个涂料体系构成弱交联的三维网络结构。即在高剪切速率作用下，外力大于该触变体的屈服值，弱交联作用被破坏，涂料粘度很低，流动性提高，使涂料易于施工；在撤去剪切力后，又恢复弱交联作用，粘度以适当的滞后性回升，使之具有良好的流平性和抗流挂性；最终涂料将恢复到原来的触变状态，防止已分散颜料颗粒的沉降凝结。无流变剂的FEVE 涂层和添加BP-18 流变剂的FEVE 涂层的SEM 照片分别见图2、3。
无流变剂的FEVE涂层的SEM照片
BP-18 为流变剂的FEVE涂层的SEM照片
为明显比较流变剂对涂层的改善作用，本部分实验除消泡剂和流变剂外不再添加其他助剂。由图2 可见：未加流变剂的涂层表面凹凸不均，缺乏平整性。腐蚀介质容易进入涂层内部，从而引起较快的涂层失效。图3 中涂层中加入有机膨润土BP-18 作为流变剂，加入量为氟树脂用量的0.77%。
由图3 可见：涂层表面均匀平整，另外还可看到很多1 μm 左右的微裂纹，这是由于实验中没有添加分散剂、流平剂、防沉剂等其他助剂的原因。添加各种助剂所得涂层的完整图片见图4，从图4 中可知：在同等放大倍数下，微裂纹消失，但是同时有微小的表面凹凸不均匀。这是各种助剂综合作用下的结果，涂层表面的这种凹凸不均仅在5 μm 范围内波动，此波动是允许的。
FEVE 涂层的SEM照片
2.4 消泡剂对涂层表面性能影响
由于多种表面活性剂的加入以及氟涂料成膜机理的原因，氟涂料在制造、施工及成膜阶段都会不可避免地产生气泡，这样不仅会影响漆膜的光学性能，而且不利于漆膜保护作用的正常发挥，更会使漆膜产生“缩孔”、“鱼眼”等缺陷而影响漆膜的整体效果。
因此，消泡剂是配方中一个必要的成分［3］。消泡剂分为以下几类：有机硅类消泡剂；聚合物类消泡剂；有机硅与聚合物混合型消泡剂；乳胶漆专用消泡剂等。含有机硅类消泡剂的涂层固化后必然存在微量有机硅，这样会增加涂层在防腐蚀作用中的不确定因素。因此，实验采用聚合物类消泡剂BYK®-A560，其化学组成为破泡聚丙烯酸酯和聚合物溶液，不含有机硅。
图5 和图6 为XJL-03 型立式金相显微镜观测下所得的涂层照片。图5 为不加消泡剂所得试样表面显微照片，在放大100 倍下能明显看到有较多的小气泡存在。图6 涂层中BYK®-A 560 型消泡剂的加入量为氟树脂用量的0.83%，在放大300 倍下，同等观测区域中只存在少量极为微小的气泡，而且涂层显示极好的均匀性和致密性。
无消泡剂的FEVE涂层（×100 倍）
添加BYK®-A560 的FEVE涂层（×300 倍）
3 结语
（1） 氟涂层为双组分涂层，涂装简单；氟涂料和固化剂的最佳配比为m（氟涂料）∶m（固化剂）=1∶0.085 。
（2） 氟涂层在304 不锈钢上涂层厚度200 μm，附着力为1 级，硬度为4 H。
（3） 25℃大气环境中，表干时间30 min，实干时间20 h，完全固化时间5 d。
（4） 氟涂层具有良好的耐腐蚀性能，在10% 盐酸、硫酸、NaOH 溶液以及30% 盐溶液中浸泡672 h 均无增重现象。
（5） 当流变剂用量为氟树脂的0.77%，消泡剂用量为0.83% 时，制备出的含氟涂层表面平整，致密性强，孔隙少，综合性能最佳。