本文为西南交通大学材料服役行为与安全评价团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第5期的研究论文，题为“玄武岩&聚脲复合纤维增强水性环氧树脂涂层的磨/蚀性能”。

高速载运装备服役于广域多环境和变工况强耦合下，对装备表面涂装材料的耐候性、防腐蚀和耐磨损性能提出了更为严苛的要求。环氧树脂涂料因具有力学强度高、化学稳定性好、金属附着力好、收缩率低、吸水率低和绝缘性等最基本的特性而受到现代工业、装备制造业等的青睐，但普通环氧涂料存在着空间结构孔隙率高、硬度低、裂纹扩展阻力差，且氧气、水和氯离子容易通过孔隙扩散到金属/涂料界面，降低涂料的屏障性能和附着力，加速涂料性能衰退。

基于此，西南交通大学材料服役行为与安全评价团队在《中国表面工程》2024年第37卷第5期发表研究论文《玄武岩&聚脲复合纤维增强水性环氧树脂涂层的磨/蚀性能 》，综合聚脲纳米纤维和玄武岩纤维的结构与性能优势，利用聚合物原位生长技术在玄武岩纤维表面均匀包覆聚脲纳米纤维，研制玄武岩&聚脲复合纤维（PU@BF），并作为填料增强相与环氧树脂共混得到复合涂层，解决环氧树脂涂料力学性能、防腐蚀和抗磨损性能不足的问题。

01 引用格式

樊小强，陈仕鹏，黄宇，蔡猛. 玄武岩&聚脲复合纤维增强水性环氧树脂涂层的磨/蚀性能[J]. 中国表面工程，2024，37(5)：102-111.

FAN Xiaoqiang, CHEN Shipeng, HUANG Yu, CAI Meng. Composite Basalt & Polyurea Fiber as A Reinforced Skeleton to Enhance the Wear-corrosion Performance of Water Epoxy Coating[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(5): 102-111.

02 创新点

1. 利用聚合物原位生长技术在玄武岩纤维表面均匀包覆聚脲纳米纤维，成功研制了玄武岩&聚脲复合纤维（PU@BF），并作为填料与树脂涂料共混调制纤维增强型树脂涂料；

2. 所研制的纤维增强型树脂涂层力学性能提升近100 MPa、磨损率相较EP降低约78%、低频阻抗值相比于玄武岩纤维增强相涂层提升了近两个数量级；

3. 如此优异的防腐耐磨性能归因于复合纤维提升了涂层的力学性能及其在摩擦过程中凭借“钉扎”效应有效限制了涂层表面裂纹的扩展；补了玄武岩纤维／涂层界面处的微缺陷，减少了腐蚀介质向内扩散的路径。

03 重要结论

01

成功制备了纳米级聚脲纤维接枝于玄武岩纤维的复合纤维材料，原位自聚合的纳米级聚脲纤维均匀交织分布于玄武岩纤维上，单根聚脲纳米纤维呈现不规则的棒状结构并且紧密地贴合在玄武岩纤维的表面，具有良好的结合强度。

02

复合纤维增强相涂层保留了玄武岩纤维优异的物化性能，提升了复合涂层的力学性能，PU@BF（1526 MPa）在40 ℃下的储能模量相比EP（1445 MPa）提升近100 MPa；在摩擦过程中的剥落现象得到抑制，摩擦过程中的接触对象转变为横跨磨痕分布的复合纤维，摩擦副接触面积由此降低，摩擦因数下降约0.6，磨损率相比EP降低了约4.5倍，这归因于复合纤维提升了涂层的力学性能及其在摩擦过程中凭借“钉扎”效应有效限制了涂层表面裂纹的扩展。

03

玄武岩纤维表面生长的聚脲纳米纤维有效填补了玄武岩纤维／涂层界面处的微缺陷，减少了腐蚀介质向内扩散的路径，复合纤维增强型涂层低频阻抗值相比于玄武岩纤维增强型涂层提升了近两个数量级，盐雾试验21d后表面状态完整无明显腐蚀现象。