Page 48 - 精细化工2019年第10期

·2014· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

2.7 表面形貌分析 2.8 表面粗糙度分析
为了更好地解释改性 SiO 2 /聚硅氧烷复合涂层 涂层的粗糙度与涂层的疏水性有着直接关系 [25] ，
[1]
的疏水性能，以及研究涂层磨损后水接触角反而上 由 Wenzel 公式 〔式（1）〕可知，当涂层静态接
升的原因，对磨损前后样品进行 SEM 测试，见图 7。 触角大于 90°时，粗糙度越大，接触角也越大，即
粗糙度越大疏水性越好。为了进一步证明微纳米粒
子与有机硅烷复合构筑了微纳米粗糙结构，以及砂
纸摩擦确实增加了涂层表面的粗糙度，图 8a 和 b
为经砂纸磨损前后涂层表面的 3D 形貌。

图 7 a、c 和 e 分别为不同放大倍数下砂纸磨损测试前涂
层的 SEM 图；b、d 和 f 分别为不同放大倍数下 600
目砂纸 100 周次磨损后涂层的 SEM 图。
Fig. 7 SEM images of the coating (different magnifications)
before the sandpaper abrasion test (a, c and e); SEM
images of the coating (different magnifications)
after the treatment of 100 abrasion cycles by 600
grit sandpaper (b, d and f)

从图 7a 和 c 中可以看出，未磨损的改性 SiO 2 /
聚硅氧烷复合涂层表面比较粗糙，呈现出凹凸不平
的堆叠结构，是由许多大小不一、高低不平的大块
结构组成。通过进一步放大倍数观测，发现大块结

构是由大颗粒 SiO 2 和纳米 SiO 2 微球构成，被聚有 图 8 砂纸磨损前（a）、后（b）涂层的 3D 表面形貌
机硅烷粘结在一块，较均匀地分散嵌入在复合材料 Fig. 8 3D surface topography images of the coating before (a)
and after (b) sandpaper abrasion
中，形成了微米级的细小凸起，构成了材料表面粗
糙形貌（图 7e）。经过 600 目砂纸 100 周次磨损后， 由图 7a 和图 8a 可知，磨损前涂层表面凹凸不
如图 7b 和 d 所示，复合涂层表面呈现出更加明显 平的粗糙结构主要是由许多微纳米尺寸的不规则
的表面粗糙形貌，粗糙结构不仅不会因摩擦而消 颗粒状凸起结构构成，涂层的算术平均粗糙度（R a ）
失，反而得到增强，通过进一步放大倍数观测，发 和均方根粗糙度（R q ）分别达 0.198 和 0.243 µm，
现被聚硅烷包裹的含长链烷基的改性 SiO 2 微纳米 微纳米尺寸颗粒构筑了比较均匀的微纳米粗糙结
颗粒因摩擦而更多地呈现在表面，使得涂层表面改 构，这有益于对水滴的排斥。由图 7b 和图 8b 可知，
性 SiO 2 微纳颗粒的密度增大，表面的凹凸不平结 经过砂纸磨损后涂层表面的粗糙结构主要由摩擦
构 也更加 明显 （图 7f）， 表面粗 糙结 构进一 步 的凹槽和不规则凸起结构构成，相比于磨损前涂层
加深。结合改性 SiO 2 颗粒表面有许多疏水性低表 表面，磨损后涂层表面更加粗糙，R a 达到 0.306 µm，
面能的长链烷基，可以合理地解释经砂纸摩擦后的 R q 达到了 0.370 µm。这结果充分证明了砂纸摩擦增
复合涂层表面具有更好的超疏水性。 加了涂层表面的粗糙度，这一现象为磨损后复合涂