鐘俊聰， 何翕， 莊佳偉， 安廣萍， 林燕飛， 劉小強(qiáng)*

（江西理工大學(xué)，a.材料冶金化學(xué)學(xué)部； b.土木與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

環(huán)氧樹脂（Epoxy epoxide，EP）是一種熱固性有機(jī)高分子材料，因其具有高黏結(jié)強(qiáng)度、高模量、尺寸穩(wěn)定性好及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕等性能，被廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、航天航空和光學(xué)機(jī)械等領(lǐng)域[1-3]。但是，純環(huán)氧樹脂由于摩擦系數(shù)高、脆性大、易磨損、交聯(lián)密度高，易開裂、疲勞壽命短、抗沖擊和耐熱性差等缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中受到較大的限制。因此，環(huán)氧樹脂的增韌和抗磨減摩改性研究對(duì)于其在涂層防護(hù)材料領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義[4]。

近年來(lái)，無(wú)機(jī)納米材料改性聚合物在潤(rùn)滑材料研究中受到廣泛關(guān)注[5-6]。其中，納米二氧化硅（SiO2）因其良好的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和耐磨性能在摩擦學(xué)方面受到研究者的重視[7-8]。WETZEL等[9]對(duì)無(wú)機(jī)納米顆粒/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)均勻分散的無(wú)機(jī)納米顆粒能夠提高樹脂的機(jī)械性能和摩擦磨損性能。DIVYA等[10]研究發(fā)現(xiàn)納米SiO2顆粒能夠提高樹脂材料的硬度、拉伸和彎曲性能。另一方面，由于聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane）具有良好的耐高溫性能、抗氧化性能、化學(xué)穩(wěn)定性及潤(rùn)滑性能，在聚合物涂層的抗磨減摩改性方面受到廣泛關(guān)注。研究表明，將不同封端的PDMS與聚氨酯復(fù)合，能夠顯著降低聚氨酯的摩擦系數(shù)[11]。而且，在摩擦過程中，PDMS的硅氧鏈可遷移到表層，使表面自由能降低，從而提高聚合物涂層的耐腐蝕性能[12]。然而，聚二甲基硅氧烷的引入對(duì)聚合物力學(xué)性能不利[13]。但是，這種力學(xué)性能的損失可通過加入無(wú)機(jī)納米顆粒彌補(bǔ)[14]。若將無(wú)機(jī)納米材料與聚二甲基硅氧烷共同添加到環(huán)氧樹脂材料中，則有望在增強(qiáng)環(huán)氧樹脂涂層力學(xué)性能的同時(shí)，顯著提高其抗磨減摩性能。

基于上述背景，本研究使用超聲分散法，采用聚4-乙烯吡啶 （Poly（4-vinyl pyridine）, P4VP）作為固化劑，以雙酚A二縮水甘油醚（Diglycidyl Ether of Bisphenol A，DGEBA）作為環(huán)氧單體，在室溫條件下制備SiO2納米顆粒和PDMS二元摻雜的環(huán)氧樹脂涂層。通過對(duì)比分析不同含量SiO2納米顆粒和PDMS對(duì)環(huán)氧樹脂涂層力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的影響，探究較優(yōu)的添加劑含量。本研究發(fā)現(xiàn)SiO2納米顆粒和PDMS在環(huán)氧樹脂涂層改性方面具有顯著的協(xié)同效應(yīng)，SiO2（3%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）和PDMS（1%）的共同引入顯著增強(qiáng)了環(huán)氧樹脂涂層的摩擦學(xué)性能，在干摩擦條件下，該涂層的摩擦系數(shù)低至0.045，磨損率低至5.1 × 10-7mm3/（N·m）。本研究將為環(huán)氧樹脂基涂層的減摩抗磨改性提供新的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

雙酚A二縮水甘油醚（DGEBA）購(gòu)于阿拉丁生化科技股份有限公司；聚4-乙烯吡啶（P4VP）購(gòu)于西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司，平均重均分子量為60 000；納米SiO2粉末購(gòu)于上海麥克林生化科技有限公司，純度為99.5%，平均粒徑為（30 ± 5） nm；端羥基聚二甲基硅氧烷（PDMS）購(gòu)于深圳市天賦揚(yáng)科技有限公司，黏度為2×10-5～5×10-5m2/s；涂層基材為鏡面拋光304不銹鋼片，直徑為30 mm，厚度為1 mm，表面粗糙度為0.013 μm；無(wú)水乙醇（優(yōu)級(jí)純）購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)藥劑有限公司；Si3N4球的直徑為6 mm，表面粗糙度為0.014 μm。

1.2 環(huán)氧涂層的制備

首先將SiO2納米顆粒加入到無(wú)水乙醇中，超聲處理60 min，使SiO2納米顆粒充分分散，再向溶液中加入1% PDMS，然后在各溶液加入0.25 g P4VP與0.25 g DGEBA，超聲20 min，得到圖1（a）所示的淺棕色溶液。隨后將溶液用磁力攪拌器攪拌3 h，轉(zhuǎn)速為800 r/min，得到如圖1（b）所示的棕色溶液。同時(shí)，將不銹鋼鋼片置于塑料模具中，取攪拌后的溶液1 mL滴入模具中，如圖1（c）所示，然后將裝有環(huán)氧樹脂前驅(qū)體溶液的模具在室溫下靜置18 h，待溶劑完全揮發(fā)后，將其置于40 ℃的烘箱中加熱12 h，使其充分固化，得到環(huán)氧樹脂涂層（圖1（d））。實(shí)驗(yàn)中使用的鋼片和模具均分別在無(wú)水乙醇和丙酮溶液中超聲清洗20 min。

圖1 （a）—（d）樣品制備流程示意，（e）納米二氧化硅的XRD衍射圖譜Fig.1 （a）—（d） Flow chart of sample preparation and （e） XRD diffraction spectrogram of nano-silica powder

制備了純環(huán)氧樹脂涂層、不同SiO2納米顆粒含量（0、3%、6%、12%）與PDMS含量為1%的摻雜環(huán)氧樹脂涂層。為方便描述，將不同涂層樣品表示如下：EP為純樹脂涂層、1-PDMS/EP為含1% PDMS的樹脂涂層、3-SiO2/EP為含3% SiO2的樹脂涂層、3-SiO2/1-PDMS/EP為含3% SiO2和1% PDMS的樹脂涂層、6-SiO2/1-PDMS/EP為含6% SiO2和1% PDMS的樹脂涂層、12-SiO2/1-PDMS/EP為含12% SiO2和1%PDMS的樹脂涂層。此外，納米SiO2粉末的XRD衍射分析結(jié)果（圖1（e））表明，本研究使用的納米SiO2粉末主要為非晶態(tài)。

1.3 樣品表征

利用WTM-2E摩擦磨損測(cè)試儀（中科凱華科技開發(fā)有限公司）分析涂層樣品的摩擦磨損性能。摩擦測(cè)試環(huán)境溫度為25 ℃，環(huán)境濕度為65% ± 5%，載荷為200 g，轉(zhuǎn)速為750 r/min，旋轉(zhuǎn)半徑為2 mm，對(duì)應(yīng)線速度為0.157 m/s，使用的對(duì)偶球?yàn)榈枨颉D2所示為摩擦磨損試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。利用UPLambda激光共聚焦三維輪廓儀（Rtec儀器科技有限公司）表征涂層表面磨痕的磨損體積，并基于式（1）計(jì)算薄膜的磨損率（Wf）。

圖2 摩擦磨損測(cè)試儀示意Fig.2 Schematic diagram of the friction-wear tester

式（1）中：Vf為涂層表面磨痕的磨損體積；L為滑動(dòng)距離；FN為法向載荷。

采用X130掃描電子顯微鏡（SEM，荷蘭飛利浦公司）和Tecnai G2 20透射電子顯微鏡（TEM，美國(guó)FEI公司）分析涂層表面和斷面形貌特征，其中，SEM斷面樣品采用手工撕裂的方法制備，TEM樣品采用超薄切片法制備。采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR，德國(guó)布魯克公司）表征涂層樣品與原材料分子結(jié)構(gòu)，用壓片法制備FTIR測(cè)試的樣品，首先將鋼片上的樹脂涂層剝離并研磨成粉末，然后混合溴化鉀粉末壓片，并用紅外燈烘烤。利用HV1000維氏硬度計(jì)（長(zhǎng)沙華銀試驗(yàn)儀器有限公司）測(cè)試涂層樣品的硬度，載荷為50 g。借助光學(xué)顯微鏡（BK-POL，重慶奧特光學(xué)儀器有限責(zé)任公司）觀察其表面壓痕的形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層的表面及斷面形貌

圖3所示為不同環(huán)氧涂層表面及斷面的掃描電子顯微鏡形貌圖。由圖3（a）和圖3（b）可見，未加入SiO2納米顆粒的樹脂涂層的表面較平整，無(wú)明顯顆粒；而圖3（c）—圖3（f）表明，隨著SiO2納米顆粒的加入量增大，涂層表面的顆粒物逐漸增多，并且涂層表面出現(xiàn)顆粒物聚集、顆粒物尺寸變大的現(xiàn)象。這是SiO2納米顆粒等納米顆粒尺寸小、表面能大，容易發(fā)生團(tuán)聚所致[15]。此外，由圖3（g）和圖3（j）可見，不含PDMS的樹脂涂層的斷面較光滑，而含有PDMS的涂層斷面均有不同程度的褶皺。研究表明，這種粗糙的斷面形貌是聚合物涂層材料韌性斷裂的典型形貌特征[16-17]，由此可以推測(cè)加入PDMS可使增強(qiáng)涂層的韌性[18-19]，此結(jié)論也可從王秉南等[20]的研究結(jié)果得到證實(shí)。同時(shí)，由這些斷面形貌圖也可以看出，隨著SiO2納米顆粒含量的增加，SiO2在涂層中的沉降越明顯，并且樹脂涂層中的孔隙尺寸增大。此現(xiàn)象也與高含量的SiO2納米顆粒團(tuán)聚有關(guān)，因?yàn)镾iO2納米顆粒含量越大，團(tuán)聚現(xiàn)象越嚴(yán)重，從涂層6-SiO2/1-PDMS/EP的透射電子顯微鏡結(jié)果可得到進(jìn)一步證實(shí)。如圖4所示，涂層中含有大量團(tuán)聚的SiO2，而且大部分SiO2團(tuán)聚體尺寸較大，均大于100 nm。大顆粒的聚集體在靜置固化的過程中沉降，這會(huì)導(dǎo)致涂層內(nèi)部留下更大尺寸的孔隙。

圖3 不同涂層的表面和斷面形貌：（a）、（g）EP；（b）、（h）1-PDMS/EP；（c）、（i）3-SiO2/EP；（d）、（j）3-SiO2/1-PDMS/EP；（e）、（k）6-SiO2/1-PDMS/EP；（f）、（l）12-SiO2/1-PDMS/EPFig.3 Images of surface and fractured cross section of coatings： （a）and（g）EP；（b）and（h）1-PDMS/EP； （c）and（i）3-SiO2/EP；（d）and（j）3-SiO2/1-PDMS/EP；（e）and（k）6-SiO2/1-PDMS/EP；（f）and（l）12-SiO2/1-PDMS/EP

圖4 6-SiO2/1-PDMS/EP復(fù)合涂層的TEM照片：（a）低倍圖；（b）高倍圖（放大區(qū)域?yàn)閍圖中的紅色正方形標(biāo)記區(qū)域）Fig.4 TEM images of 6- SiO2/1-PDMS/EP composite coating at low （a） and high（b） magnification （Magnified area is the red square marked area in panel a）

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析

圖5所示為環(huán)氧涂層EP及其前驅(qū)體P4VP和DGEBA的傅里葉變換紅外光譜。其中，3 030 cm-1處的吸收峰是苯環(huán)及烷烴的C-H鍵的特征峰，1 553 cm-1代表吡啶基團(tuán)中C=N的伸縮振動(dòng)峰[21-22]。從P4VP和EP涂層的譜圖中可以看出，固化后，在1 553 cm-1處的吡啶基團(tuán)的特征峰強(qiáng)度減小，而與此同時(shí)，在EP譜圖中，1 640 cm-1位置處出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收峰，這表明生成了新的未共軛的C=C雙鍵[23]。由此可推測(cè)，在固化過程中，P4VP上的吡啶基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致吡啶開環(huán)，同時(shí)產(chǎn)生未共軛的C=C雙鍵的結(jié)構(gòu)。另外，913 cm-1處的峰是DGEBA環(huán)氧基團(tuán)的伸縮振動(dòng)帶[24]，而從固化后的純EP涂層譜圖可以發(fā)現(xiàn)，913 cm-1處的吸收峰強(qiáng)度顯著減弱，即在固化過程中環(huán)氧基團(tuán)的結(jié)構(gòu)也被破壞。因此，可推測(cè)P4VP中的吡啶基團(tuán)與DGEBA的環(huán)氧基團(tuán)的開環(huán)偶聯(lián)是樹脂涂層固化的主要反應(yīng)機(jī)理[23]。

圖5 純環(huán)氧涂層EP及其前驅(qū)體P4VP和DGEBA的紅外光譜Fig.5 Infrared spectra of pure epoxy coating （EP） and its precursors （P4VP and DGEBA）

2.3 涂層的力學(xué)性能

不同涂層的維氏硬度如圖6所示，純樹脂EP涂層的硬度最小（HV硬度為9.2）；加入SiO2納米顆粒后，EP涂層的硬度顯著提高。研究表明，在樹脂涂層中加入納米SiO2顆?？梢愿纳茦渲w的力學(xué)性能，分散在聚合物基體中的納米顆粒由于可以抑制樹脂大分子的滑移，在樹脂基體中可起到彌散強(qiáng)化作用，能夠提高樹脂基體的硬度，進(jìn)而提高樹脂涂層的承載力[25]。所以，加入SiO2有利于提升環(huán)氧樹脂涂層的硬度。另外，涂層3-SiO2/EP相比于純EP涂層，HV硬度增加了4.2 ，而涂層12-SiO2/1-PDMS/EP相比于涂層6-SiO2/1-PDMS/EP，HV硬度只增加了0.74，即隨著加入SiO2納米顆粒含量的增多，硬度的增幅反而減小，這一現(xiàn)象與涂層內(nèi)部SiO2納米顆粒含量過高而出現(xiàn)團(tuán)聚，導(dǎo)致其對(duì)涂層的彌散強(qiáng)化作用逐漸減弱有關(guān)[26]。

圖6 不同涂層的維氏硬度Fig.6 Vickers hardness of different coatings

由4種涂層表面壓痕的光學(xué)顯微鏡圖片（圖7（a）—圖7（d））可見，在同樣載荷壓入下，涂層的壓痕逐漸變淺，這表明對(duì)應(yīng)涂層的硬度逐漸增強(qiáng)。另外，在圖7（d）中觀察到在壓痕的周圍都出現(xiàn)了細(xì)密的裂紋，這表明在加入12% SiO2納米顆粒后，涂層韌性惡化，但是在加入SiO2納米顆粒為3% 和6% 的環(huán)氧涂層壓痕周圍并未出現(xiàn)裂紋。涂層出現(xiàn)裂紋的原因是SiO2納米顆粒含量過高所導(dǎo)致，由涂層斷面的SEM圖（圖3（l））可見，高含量SiO2納米顆粒的團(tuán)聚還導(dǎo)致了環(huán)氧涂層中孔隙率增加，并且孔隙的尺寸也增大。由于孔隙通常是應(yīng)力集中的位置，所以在相同載荷下涂層易開裂，導(dǎo)致涂層的韌性出現(xiàn)惡化。

圖7 涂層測(cè)試的表面壓痕光學(xué)圖片：（a）1-PDMS/EP；（b）3-SiO2/1-PDMS/EP；（c）6-SiO2/1-PDMS/EP；（d）12-SiO2/1-PDMS/EP維氏硬度Fig.7 Optical images of surface identification for Vickers hardness test of coatings：（a）1-PDMS/EP；（b）3-SiO2/1-PDMS/EP； （c）6-SiO2/1-PDMS/EP； （d）12-SiO2/1-PDMS/EP

2.4 涂層的摩擦學(xué)性能

由圖8（a）可見，純樹脂涂層的摩擦系數(shù)最高。大約經(jīng)過20 min，其摩擦系數(shù)開始變得不穩(wěn)定，涂層被磨穿，其摩擦磨損機(jī)理主要為黏著磨損和疲勞磨損[27]。與純環(huán)氧樹脂的涂層相比，單獨(dú)加入SiO2納米顆粒的涂層摩擦系數(shù)有所降低，但是經(jīng)過約15 min的摩擦后，涂層同樣被磨穿，這是由于SiO2納米顆粒的加入雖然能夠增加涂層的硬度，但并未對(duì)涂層的潤(rùn)滑性能起到很好的增強(qiáng)效果。并且，由于SiO2納米顆粒的硬度較大，磨屑中的SiO2納米顆粒導(dǎo)致摩擦機(jī)理由原來(lái)的黏著磨損過渡到磨粒磨損，使得磨損加劇，進(jìn)而加速了涂層失效。另一方面，在只加入PDMS的涂層中，由于PDMS的潤(rùn)滑作用，前期出現(xiàn)較低的摩擦系數(shù)；但是涂層同樣在15 min左右被磨穿，這表明單獨(dú)加入PDMS也未能很好地增強(qiáng)涂層的耐磨性能。值得注意的是，當(dāng)同時(shí)加入SiO2納米顆粒和PDMS時(shí)，涂層的摩擦系數(shù)顯著降低，并且摩擦曲線變得穩(wěn)定，涂層未被磨穿，這表明SiO2納米顆粒和PDMS對(duì)環(huán)氧樹脂涂層減摩抗磨性能的改善具有協(xié)同效應(yīng)。特別地，3-SiO2/1-PDMS/EP涂層的摩擦系數(shù)僅為0.045，比純樹脂涂層降低了13倍，在所有涂層樣品中，摩擦學(xué)性能較優(yōu)。這是因?yàn)榧尤隨iO2納米顆粒提高了使涂層的硬度和承載力，同時(shí)PDMS的加入使涂層的韌性和潤(rùn)滑性能得到提升，在這兩者協(xié)同作用下，環(huán)氧涂層的潤(rùn)滑穩(wěn)定性和抗磨性能得到顯著提升。然而，隨著SiO2納米顆粒加入量繼續(xù)增大，涂層摩擦系數(shù)有所增加，但仍低于0.1。這是由于涂層的表面粗糙度增大，并且SiO2納米顆粒團(tuán)聚導(dǎo)致磨粒磨損加劇。

圖8 （a）不同涂層的摩擦曲線；（b）不同涂層的磨損輪廓圖；（c）不同涂層的磨損率Fig.8 （a） Friction curves for the different coatings；（b） Wear outline diagram of the different coating；（c） Specific wear rate of the different coatings

圖8（b）所示為不同涂層的磨痕輪廓圖，EP、1-PDMS/EP、3-SiO2/EP涂層因磨穿未進(jìn)行表征；3-SiO2/1-PDMS/EP涂層的磨痕較淺且寬度較小，相比之下，6-SiO2/1-PDMS/EP和12-SiO2/1-PDMS/EP涂層的磨痕較深且寬度較大，前者的磨損尤為嚴(yán)重。

圖8（c）顯示了不同涂層的磨損率，EP、1-PDMS/EP、3-SiO2/EP涂層因磨穿未測(cè)試其磨損量；同時(shí)加入SiO2納米顆粒和PDMS的涂層中，3-SiO2/1-PDMS/EP的涂層磨損率最低，為5.1×10-7mm3/（N·m）。隨著SiO2納米顆粒含量增加，磨損率增大，這是由于高含量SiO2納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，引起了磨粒磨損。6-SiO2/1-PDMS/EP的涂層的磨損率比12-SiO2/1-PDMS/EP的涂層高，這是由于前者的硬度比后者低，在相同載荷下，涂層的磨痕深度更深，磨損量更大。總體上，同時(shí)加入SiO2納米顆粒和PDMS的涂層都未被磨穿，摩擦系數(shù)低，摩擦過程穩(wěn)定，其摩擦學(xué)性能與單獨(dú)加入其中一種添加劑的涂層相比有顯著提高。

2.5 涂層及對(duì)偶球的磨損形貌

圖9顯示了不同涂層和對(duì)偶球的磨痕。如圖9 （a）和圖9（b）所示，在循環(huán)剪切作用下，純樹脂涂層出現(xiàn)了較多裂紋，并且裂紋不斷擴(kuò)展，這是疲勞磨損的重要特征之一，而在其對(duì)偶球上可以看到磨屑被擠壓到接觸區(qū)域的旁邊，并且未形成摩擦轉(zhuǎn)移膜，這表明磨損機(jī)制是嚴(yán)重的疲勞磨損，這與純環(huán)氧樹脂本身脆性大有關(guān)。同樣地，加入PDMS的涂層也被磨穿，其以疲勞磨損為主[28]。但是，由圖9（c）可見，涂層接觸區(qū)域兩邊并未出現(xiàn)與純樹脂涂層相同的裂紋，進(jìn)一步表明加入PDMS能較好地增強(qiáng)了涂層的韌性。由圖9（d）可見，對(duì)偶球表面出現(xiàn)轉(zhuǎn)移層，表明加入PDMS有利于對(duì)偶球表面轉(zhuǎn)移層的形成，進(jìn)而降低摩擦系數(shù)。3-SiO2/EP涂層同樣出現(xiàn)裂紋，但是裂紋較少，并且未擴(kuò)展（圖9（e）），表明加入SiO2納米顆粒對(duì)樹脂涂層的韌性沒有明顯益處，但是提高了樹脂涂層的承載力。由圖9（f）可見，對(duì)偶球表面磨屑增多，表明3-SiO2/EP涂層的磨損機(jī)理主要是磨粒磨損。同時(shí)加入SiO2納米顆粒和PDMS的涂層表面未被磨穿。

圖9 涂層磨痕及對(duì)偶球的表面形貌：（a）（b）EP； （c）（d）1-PDMS/EP； （e）（f）3-SiO2/EP； （g）（h）3-SiO2/1-PDMS/EP；（i）（j）6-SiO2/1-PDMS/EP； （k）（l）12-SiO2/1-PDMS/EPFig.9 Surface morphology of coating wear track and counterpart ball：（a）（b）EP； （c）（d）1-PDMS/EP；（e）（f）3-SiO2/EP； （g）（h）3-SiO2/1-PDMS/EP； （i）（j）6-SiO2/1-PDMS/EP； （k）（l）12-SiO2/1-PDMS/EP

由圖9（h）可見，在3-SiO2/1-PDMS/EP涂層磨痕上能夠觀察到較多PDMS聚集，在其對(duì)偶球的摩擦表面上也形成了轉(zhuǎn)移膜，此轉(zhuǎn)移膜含有一定量的PDMS 潤(rùn)滑相，這避免了金屬鋼球與環(huán)氧樹脂直接接觸，有利于減小摩擦界面的摩擦力，并且顯著降低樹脂基體的磨損。

另外，涂層的斷面形貌、維氏硬度壓痕裂紋和磨痕的形貌的結(jié)果表明，加入PDMS增加了涂層的韌性，使得涂層在循環(huán)剪切作用下不易因出現(xiàn)裂紋而失效；而加入SiO2納米顆粒增強(qiáng)了承載力，也能夠使轉(zhuǎn)移膜更穩(wěn)定，不易被磨損，因此，兩者的協(xié)同作用有效地增強(qiáng)了樹脂涂層的減摩抗磨性能[28]。但是，隨著SiO2納米顆粒含量繼續(xù)增加，磨痕寬度變大（圖9（i）和圖9（k）），相應(yīng)的磨痕深度增加（見圖8（b））。在對(duì)應(yīng)的對(duì)偶球上，隨著SiO2納米顆粒含量增加，轉(zhuǎn)移膜減少（圖9（j）和圖9（l）），導(dǎo)致涂層的摩擦學(xué)性能降低。這是由于高含量SiO2納米顆粒引起納米粒子團(tuán)聚，涂層孔隙增大，因此SiO2含量更高的涂層的耐磨性能弱于3-SiO2/1-PDMS/EP涂層。由此可見，SiO2納米顆粒和PDMS在環(huán)氧樹脂涂層的減摩抗磨改性方面具有顯著的協(xié)同作用，當(dāng)SiO2納米顆粒含量為3% （m/m）、PDMS的含量為1% （m/m）時(shí)，摩擦性能較優(yōu)。

3 結(jié) 論

采用聚4-乙烯吡啶（P4VP）作為固化劑，以雙酚A二縮水甘油醚（DGEBA）為前驅(qū)體，在室溫條件下制備納米二氧化硅（SiO2）和聚硅氧烷（PDMS）二元摻雜的環(huán)氧樹脂涂層。紅外光譜分析結(jié)果表明，環(huán)氧涂層的固化反應(yīng)主要是基于P4VP的吡啶基團(tuán)誘導(dǎo)DGEBA環(huán)氧基團(tuán)開環(huán)，進(jìn)而使DGEBA固化。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)引入PDMS與SiO2納米顆粒可以顯著提高環(huán)氧樹脂涂層的力學(xué)和摩擦學(xué)性能，并且兩者具有顯著的協(xié)同效應(yīng)，即同時(shí)摻雜PDMS與SiO2環(huán)氧樹脂涂層的摩擦學(xué)性能顯著優(yōu)于單一摻雜PDMS或SiO2的涂層。當(dāng)SiO2納米顆粒和PDMS的含量分別為3%和1% 時(shí)，涂層摩擦系數(shù)低至0.045，磨損率僅為5.1 × 10-7mm3/（N·m），其摩擦學(xué)性能較優(yōu)。本研究為環(huán)氧涂層的摩擦學(xué)改性提供了新的途徑和思路。