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近年来，防滑涂料在人行天桥、体育场、舰船甲板、离岸平台、水上浮桥上得到了广泛应用，防滑涂料的作用是改变被涂基材的摩擦性，形成高摩擦系数的防滑面以减少人员的伤亡和财产损失 。防滑涂层最显著的性能包括高摩擦系数、优异耐磨性能，且对人员和设备磨损小。防滑涂料主要含有防滑粒料、成膜树脂等物质，防滑粒料是提高涂膜防滑性能的主要成分，赋予涂膜防滑能力。防滑涂料目前最成功的应用是在航空母舰和舰船甲板上，涂层增大了甲板的摩擦系数，避免了滑动 。相比国内普遍采用的撒砂防滑涂层 ，辊涂型防滑涂层具有对人员和设备的磨损小、涂层内聚力强、防滑粒料不脱落、耐久性高、施工周期短、一次成型和低ＶＯＣ 等优点，广泛应用于美军的舰船甲板和飞行甲板。防滑粒料对防滑涂层防滑及磨损性能的影响尚未见报道。本研究着眼于防滑粒料对涂层防滑和磨损性能的影响，按照ＭＩＬ－ＰＲＦ－２４６６７Ｃ 的要求，测试了含有不同粒径防滑粒料的防滑涂层，系统讨论了防滑粒料在涂层中含量、粒料粒径和不同粒料的搭配对涂层防滑及磨损性能的影响。
１ 实验部分
１. １ 实验原料及配方
双组分环氧体系甲板防滑涂料是目前普遍使用的品种 ，本研究采用环氧和聚酰胺配合的树脂体系，结合流变助剂。制备的涂料采用光身辊筒进行辊涂时具有明显的条纹状凸起，本测试采用的辊涂型高固体分防滑涂料配方见表１。Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料粒径分别为１８ 目、２４ 目、３６ 目，是带有尖锐棱角的不规则颗粒；４１０６＃合成航空润滑油由中石化重庆一坪润滑油分公司提供。
１. ２ 实验仪器
摩擦系数测试仪：按照ＭＩＬ－ＰＲＦ－２４６６７Ｃ ４．５．１．２ 的要求配置仪器，试板为１５ ｃｍ×３０ ｃｍ×０. ２ ｃｍ 的冷轧钢板。
耐磨损性测试仪：按照ＭＩＬ－ＰＲＦ－２４６６７Ｃ ４．５．２．１ 的要求配置仪器，试板为１５ ｃｍ×３０ ｃｍ×０. ２ ｃｍ 的冷轧钢板。
１. ３ ＭＩＬ－ＰＲＦ－２４６６７Ｃ 测试程序简介
１. ３. １ 摩擦系数测试
底部材料为橡胶的滑块通过坚硬的金属杆与推拉力计量盒相连，将滑块放置在水平的涂层（已经过５０ 次磨损试验）上，给予一个水平的推力或拉力使其以５ ｍｍ／ ｓ 的速度做匀速直线运动，一共持续８ ｓ，计算机通过滑块的质量和推拉力的大小计算出摩擦系数（ＣＯＦ）。干态：首先在干燥的涂层上进行５ 次测试，再将试板水平旋转９０°后进行５ 次测试，１０ 个测试数值的平均数记为ＣＯＦｄ；水态：使用人造海水（本研究采用自来水）将试板润湿，重复上述操作，得到１０ 个ＣＯＦ 数值的平均值记为ＣＯＦｗ；油态：将试板用清水清洗干净后，置于１２０ ℃ 烘干１ ｈ，然后使用４１０６＃合成航空润滑油润湿试板表面，重复进行１０ 次测试，记录平均值为ＣＯＦｏ。为了了解防滑涂层使用后的摩擦系数，先将防滑涂层进行５００ 次磨损试验，再重复干态、水态和油态的ＣＯＦ 测试。
１. ３. ２ 缆绳磨损测试
将一根标准的直径为３ ｍｍ 的钢条放置于涂层上，放一个重块使得钢条和涂层间产生（１３６±０. ５） Ｎ的压力，先将钢条在涂层上来回移动５０ 次，再使用一个新的钢条在涂层上来回移动２００ 次，测量磨损２００次前后钢条的平均厚度差值，记录为Ｌｄ。
１. ３. ３ 涂层耐磨测试
先计算钢板上涂层的质量：ｍ１ ＝ （总质量－钢板质量）。将一根标准的直径为３ ｍｍ 的钢条放置于涂层上，放一个重块使得钢条和涂层间产生（１３６±０. ５）Ｎ 的压力，先将钢条在涂层上来回移动５０ 次，再使用一个新的钢条在涂层上来回移动４５０ 次，测量４５０ 次前后涂层质量的变化，记录为ｍ２。涂层的耐磨损性能记录为
１. ４ 辊涂防滑涂料的制备
将１ 份（均为质量分） 固化剂加入到６ 份基料中，电动搅拌１ ｍｉｎ，再将一定质量份的防滑粒料加入到搅拌好的涂料中，电动搅拌３ ｍｉｎ。
２ 结果与讨论
２. １ 摩擦系数和锚固作用
摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力，一般来说静摩擦系数大于动摩擦系数，并在防滑涂料的表征上有着更重要的意义，因为防滑涂层主要目的就是降低产生最初滑动的可能，因此在本研究中讨论的ＣＯＦ 均为静摩擦系数。产生摩擦阻力的原因有：两个运动表面分子间的作用力，包括范德华力；粗糙表面凹凸处的啮合作用、锉削作用、黏滞作用；硬软接触面产生的耕犁效应；接触点在负荷作用下产生的高温熔接作用等 。
锚固作用（如图１ 所示），对于有着不规则棱角的硬质粒料而言（如本研究中使用的Ａｌ２Ｏ３ 粒料），与橡胶这样的软接触面接触时粒料尖锐的凸起使橡胶变形，并可能刺穿橡胶起到锚固作用，这种锚固作用最终使得涂层在干态、水态和油态摩擦系数显著增大。
为了研究Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料对防滑涂层摩擦系数及磨耗性能的影响，选择了３ 种不同粒径的Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料，每种粒料在混合好的涂料中的质量含量从２０％～６０％不等，具体如表２ 所示。
表２ 不同粒径及含量粒料组成的防滑涂层
２. ２ 不同粒径的粒料对横向和纵向摩擦系数的影响
辊涂的防滑涂层在沿着辊筒运行的方向形成近似平行的条纹状的凸起，在不同的方向上形成了不均一的表面轮廓，因此理论上在平行于条纹和垂直条纹的两个方向上会产生不同的摩擦系数，分别称为纵向摩擦系数和横向摩擦系数。
图２ 所示为Ｓ３ 和Ｌ３ 涂层的横向摩擦系数和纵向摩擦系数。
从图２ 可知，Ｓ３ 涂层的干态ＣＯＦ 横向为１. １０，纵向为１. １４；Ｌ３ 涂层的干态ＣＯＦ 横向为１. ３５，纵向为１. １９。可以看出较细的防滑粒料涂层２ 个方向的ＣＯＦ 差异较小，且形成的动摩擦系数曲线比较平稳，表明各个位置拥有近似的动摩擦系数，而大粒径的防滑粒料２ 个方向的ＣＯＦ 相差大，在纵向上动摩擦系数不稳定，有明显的波动。通过对防滑涂层的观察发现含有粗防滑粒料的涂层条纹高而尖锐，数量少，影响了防滑涂层各个位置和方向上的摩擦系数，造成了不稳定的现象；而较细粒料的涂层凸起的条纹数量多且均匀，波峰和波谷的高度差较小，可能会形成各个方向和位置上摩擦系数均一的防滑涂层。
２. ３ Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料的粒径及含量对干态摩擦系数及磨损性能的影响
对表２ 中的涂层从干态摩擦系数、缆绳磨损和涂层磨耗３ 个方面进行了测试，结果见图３～图５。
从图３ 中可以看出，大粒径的粒料拥有更高的摩擦系数，并且在开始阶段随着防滑粒料含量的增加，涂层的摩擦系数有显著的提升，在防滑粒料含量超过４０％以后，摩擦系数提升不明显，对于１８ 目的大粒径粒料，在其含量超过３０％时摩擦系数出现了轻微下降的现象，由此可以做出如下推论：（１）当防滑粒料的含量较低时，大部分粒料被包裹在涂料中，没有形成尖锐的凸起，与橡胶的摩擦力偏小；（２）随着含量的增加，形成了相当数量的尖锐凸起，对橡胶滑块形成了有效的锚固作用；（３）当含量超过一定数值后，尖锐的凸起过多，在每个凸起上的压力降低，导致每个接触点上橡胶的形变不明显，大大降低了锚固效率，导致摩擦力没有明显升高，甚至有降低的现象；（４）大粒径的防滑粒形成的凸起更少，更加尖锐，明显矗立于涂层之上，形成了极佳的锚固效果。
涂层的缆绳磨损和耐磨性能如图４ 和图５ 所示，随着涂层中防滑粒料含量的增加，缆绳的磨损持续增加，这是因为Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料具有很高的硬度和显著的棱角，含量较低时，大部分的防滑粒料被包裹在涂层中，对外界磨损较小，随着含量的增加，更多的粒料直接与钢条发生摩擦，造成钢条更大的磨损。由于防滑涂料本身和Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料均具有很好的耐磨性能，因此在含量不高时，磨耗变化不大，当粒料含量达到５０％或更高时，磨耗明显增大，对于含有大粒径粒料的防滑涂层更加明显，这可能是由于当涂层中粒料的含量持续增加，漆料的含量相对降低，导致涂层的不连续性和缺陷增加，大大降低了涂层的内聚力和对防滑粒的粘结能力，导致防滑粒特别是粒径大的防滑粒的脱落，导致涂层质量发生明显变化。在实验过程中也确实观察到了在防滑粒含量高时，粒径较大的防滑粒脱落的现象，与涂层磨损的结果吻合。
另外，在进行上述实验时发现大粒径的防滑粒料含量大于４０％时，辊涂形成的涂层没有明显的条状花纹，原因可能是由于大粒径颗粒间的缝隙很大，漆料的量不足以填补颗粒间的缝隙并形成条状花纹，这也是涂层耐磨性能明显下降的原因之一，在含量为６０％时，涂层失质量达到了３. ５％，见图５。综合以上的实验结果可知，Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料在涂料中较理想的含量约为４０％，含量太低导致涂层的摩擦系数较小，含量太高导致涂层对外物的磨损严重，而且容易导致涂层对粒料的粘结力下降，造成耐磨性能的降低。对于粒料的粒径，较大的粒料可以拥有较高的初始干态摩擦系数，但是其磨损后的摩擦系数和在不同状态下的ＣＯＦ 还需进一步考察。
２. ４ 不同状态下涂层的ＣＯＦ 分析
表３ 为不同防滑涂层磨损前后的ＣＯＦ。
从表３ 可以看出，磨损前含有大粒径粒料的涂层Ｌ３ 在３ 种状态下的ＣＯＦ 都有明显的优势。３ 种涂层在水态的ＣＯＦ 都没有明显的下降。如果是两个相互摩擦的平面，在有水膜存在的条件下摩擦系数会急剧降低，在这里ＣＯＦ 的保持可以继续用上文提到的锚固作用来解释：在这样的摩擦中，由于橡胶的形变生产的阻力是摩擦力主导因素，尖锐凸起和橡胶的接触面上并不能形成连续有效的水膜来降低摩擦系数。对于油态而言，由于润滑油有极强的降低摩擦的效果，加上其具有一定的黏度，在尖锐凸起部位也可能形成小面积的油膜，因此降低了涂层的摩擦系数。
２. ５ 磨损后涂层的ＣＯＦ 分析
为了观察含有大粒径粒料的涂层在磨损后是否还具有较高的ＣＯＦ，对含有不同粒径粒料的涂层在磨损后的ＣＯＦ 进行了测试，见表３。从表３ 可以发现，磨损后３ 种涂层的ＣＯＦ 发生了变化，它们的干态ＣＯＦ 相近，大粒径粒料的涂层没有明显的优势；水态和油态的数据则显示Ｌ３ 涂层的ＣＯＦ 反而最小。观察磨损后的样板状态发现，最初凸起的尖锐都已经被磨平，在有水存在的情况下，橡胶和被磨平的粒料间可能形成了一层水膜，降低了摩擦系数，当粒料的粒径较大时，产生的水膜的面积也较大，摩擦系数降低得较显著；另外一方面，由于较小的粒料在涂层中的数量更大，在最初的尖锐凸起被磨平后，又有相当数量的未磨损的粒料继续起到了锚固作用，使得涂层在水态和油态条件下拥有相对较高的ＣＯＦ。对于Ｍ３涂层来说，可能由于尖锐凸起达到一个较为理想的数量，每个凸起拥有更佳的锚固效率，因此在磨损后拥有最高的ＣＯＦ。
２. ６ 混合粒料涂层的性能测试
根据上述研究，大粒径的粒料磨损前具有高ＣＯＦ；含有较细的粒料的涂层具有高的涂层内聚力，各个方向和位置都有均匀的摩擦系数，且具有缆绳磨损小的特点；而合适粒径的防滑粒料在磨损后有较高的ＣＯＦ。因此使用１８ 目、２４ 目和３６ 目的Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料按照１ ∶６ ∶３的质量比配制成混合防滑粒料，再将４ 份（质量份）的混合防滑粒料加入６ 份（质量份）的漆料中，混合均匀后制备防滑涂层，并进行测试，横纵方向的摩擦系数测试结果如图６ 所示。
从图６ 可以看出，横纵两个方向摩擦系数相近，且动态曲线比较平稳，表示该涂层在不同方向和不同位置具有比较均匀的摩擦系数。综合的试验结果如表４ 所示。
表４ 混合防滑粒料防滑涂层与ＭＩＬ－ＰＲＦ－２４６６７－Ｃ 中ＴｙｐｅＶ 高耐久型辊涂防滑涂层的性能对比
从表４ 可以发现，涂层在磨损前的干态、水态和油态都拥有极高的摩擦系数，磨损后的摩擦系数有所下降，但也明显高于美军标对高耐久型的防滑甲板涂料的防滑指标，同时显示了优异的缆绳磨损和耐磨性能，表明使用该混合防滑粒料的防滑涂层不但防滑、耐磨，而且对设备、缆绳和鞋底等外物的磨损极低，综合性能优异。
３ 结 语
（１）对于带棱角的硬质Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料和橡胶间的接触而言，尖锐的凸起作用于橡胶表面造成的形变甚至是刺穿产生的锚固作用是产生摩擦力的主导因素。
（２）辊涂防滑涂层中的防滑粒料与漆料的质量比在２ ∶３左右为宜，过多的粒料将导致涂层内聚力下降，降低粒料粘结力，同时对外物磨损严重；过少的粒料易导致摩擦系数不足。
（３）防滑粒料的粒径对涂层性能有很大影响，粗的粒料在前期具有很高的摩擦系数，但容易出现粒料脱落和对外物磨损严重的现象；细的粒料可形成均匀的防滑表面，同时在涂层的耐磨性能和对外物的磨损性上表现良好。
（４）可使用不同粒径的Ａｌ２Ｏ３ 防滑粒料按照一定比例配制混合防滑粒料来提升防滑涂层性能，制备的防滑涂层的摩擦系数、缆绳磨损和耐磨性能均高于美军标的高性能甲板防滑涂料的技术要求。
