data-full-width-responsive="true"> 1 硬 度涂膜硬度是用户和涂料生产供应商最为关心的性能指标之一,硬度也是涂层的一个最重要的物理性能。硬度反映的是一个材料抵抗另一个材料压陷、刮擦、切划和渗透的能力。对这方面不同的侧重和理解导致人们对硬度认识的差异以及硬度测量方法的多样性,加之材料种类的复杂性,各种硬度数据相当混乱,即使对于同一种材料,不同测试方法得到的硬度数据也可能是不能互相转换的。2 硬度与抗划伤性和耐磨性磨损是两个固体表面接触时在力的作用下将材料从固体表面剥落的结果。磨损时所受到的力除正压力以外还有剪切力。材料的剥落以微粒和小块的形式脱离
母体材料。材料的表面不可能是绝对平的,从微观上看,接触点是一些凸起的尖端,一种材料硬度很高或者在两接触面之间存在刚性颗粒时,受力后造成表面下陷,表面随后的相对移动形成犁沟式划痕,这就产生了划伤。两种材料表面接触时,相对软的表面更容易被划伤。由于聚合物的莫氏硬度都很低,只有1～3,由聚合物构成的涂膜容易受到划伤。硬聚合物的抗划伤性与磨耗有关,并与聚合物的模量呈平行变化。交联的弹性聚合物既容易变形又有很好的回弹性,因而有较高的抗划伤性。与小分子相比,聚合物的另一个特点是受到外力作用,分子或链段发生移动时需要有一个较长的松弛时间,在瞬时快速外力作用下形成的划痕有可能因随后大分子链的松弛运动变得不明显,甚至消失,这就是所谓的抗划伤可自愈涂料,某些柔韧的聚氨酯涂料就有这种功能。当然,如果划伤所形成的犁沟过深是很难完全自愈的。耐划伤性反映的是材料在大应力短时间作用下的表面性质。耐划伤性不仅与材料的硬度有关,也与材料的韧性有关。耐磨性表述的是在相同受力条件下(温度、湿度、接触介质、外力的大小及受力时间)材料从母体剥落的程度。与抗划伤性一样,耐磨性与材料的硬度和韧性有关,但耐磨性反映的是材料在小应力长时间作用下的表面性能。涂膜的外观表现大致可分为硬、软、韧、脆几大类型,聚合物材料性能的兼有又可构成硬而韧、软而韧、硬而脆、软而脆等不同的表现形式。后者在高分子材料中并不少见,在极高的加力速度下甚至柔性材料也会发生脆性破裂。并非越硬的涂膜耐磨性越好,恰恰相反,对同一类型的聚合物涂膜,已经发现越硬的涂膜耐磨性越差，见图1。图1中相同条件下测得的磨耗值随硬度的增大急剧上升。事实上柔韧的涂膜有更好的耐磨性。由于交联密度与涂膜硬度有正比关系(见图2)，也可以说,随着交联密度的增大涂膜的耐磨性变差。同样可知,交联后的涂膜往往比未交联的涂膜耐磨性下降。作为涂料,硬而韧的涂膜才是最好的涂膜。
3 涂膜硬度的影响因素涂膜的硬度与成膜物质的玻璃化温度(Tg)密切相关,用硬单体或刚性链段合成乳液可以制成高玻璃化温度的产品,T g高的乳液涂膜的硬度高,然而低温成膜性可能不好。选用合适的成膜助剂虽然可以在一定程度上解决高T g(高硬度)和低温成膜性的矛盾,但是更好的办法是改变乳液粒子的结构,用两步法合成核壳结构的乳液可以兼顾涂膜硬度和低温成膜性。交联是提高涂膜硬度的好方法。聚合物分子间的交联(包括化学交联和物理交联)限制了链段的运动,使得T g增高。聚合物T g与交联密度之间的关系为:Tgc=Tg+C式中,Tgc为交联后聚合物的玻璃化温度；Tg是未交联聚合物的玻璃化温度；为交联密度；C 为常数。交联密度越大T g升高越多，涂膜的硬度会越高。对一种溶剂型聚醚聚氨酯的研究发现,交联密度增大，涂膜硬度相应增加，近似有直线关系，见图2。对于水性涂料,情况类似，与未交联的涂料相比，加交联剂后涂膜的硬度将有明显提高。乳液合成中常采用轻度交联的方法改善其性能，为防止过度交联导致凝胶，交联点不能太多,因而对T g的升高和涂膜硬度的改进作用不会很大。添加剂,特别是粉状填料可以改变涂膜硬度,所以色漆的硬度往往高于同种基料的清漆。此外,纳米胶体硅之类的助剂也能提高涂膜的硬度和抗刮伤性能。
