橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理.pdf

moldsJ.China SurfaceEr2024,37(1):126-136.Citation format:ZHANG Xiuli,LIU Zhilan,XU Xiufang,et al.Factors and mechanisms influencing the anti-sticking durability of FEP coatings on rubber引用格式：张秀丽，刘志兰，徐秀芳，等。橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性响因素及机理 J.中国表面工程，2 0 2 4，37(1)：126-136.2024Feb.CHINASURFACHENGINEERING2024年2 月No.1Vol.37国面中表第37 卷第1期程doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20230508002橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理张秀丽1,2刘志兰3,4徐秀芳3,4王旭1,2吴永玲1,2吴棣本3,4（1.山东理工大学机械工程学院淄博255000;2.山东省精密制造与特种加工重点实验室淄博255000;3.山东省轮胎模具关键技术重点实验室高密261000;4.山东豪迈机械科技股份有限公司高密261000)摘要：防粘性失效是橡胶模具表面涂层的主要失效形式之一，但影响涂层防粘耐久性的因素和机理尚不清晰。为了提高橡胶模具表面常用氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）涂层的使用寿命，通过橡胶硫化试验并利用SEM和EDS测试，分析试样表面微观形貌和元素成分随硫化试验次数的变化，研究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺对橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性的影响规律，分析各因素对涂层使用寿命的影响机理。通过XPS测试胶垢成分发现胶垢主要包含Zn、S、C、O 四种元素，模具使用初期ZnS是胶垢的主要成分，随硫化次数增加，ZnS层上产生有机沉积。硫化试验30 0 次后，45钢试样、双层水性FEP涂层和单层溶剂型FEP涂层试样表面Zn元素质量含量分别为40.6%、0.45%和1.13%，FEP涂层表面胶垢出现在涂层表面缺陷处。由于双层水性FEP涂层更容易控制表面FEP树脂成膜厚度和质量，其较单层溶剂型FEP涂层具有更好的防粘耐久性。涂层面层厚度和成膜质量是影响双层水性FEP涂层防粘耐久性的关键因素；在30 0 次硫化试验范围内，烧结工艺对涂层的防粘耐久性影响不大。采用橡胶硫化试验和表面分析的方法研究橡胶模具表面涂层的防粘耐久性，探究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺等因素的影响，研究结果可为橡胶模具表面处理提供理论依据。关键词：涂层：氟树脂；防粘；耐久性；橡胶模具中图分类号：TQ330；G 7 6Factors and Mechanisms Influencing the Anti-sticking Durability ofFEP Coatings on Rubber Molds3,4XU Xiufang3,4ZHANG Xiuli 1,2LIU ZhilanWANG Xu 1,2WU Yongling1,2WU Diben3,4(1.School of Mechanical Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255000,China;2.Shandong Provincial Key Laboratory of Precision Manufacturing and Non-traditional Machining,Zibo 255000,China;3.Shandong Provincial Key Laboratory of Core Tire Mold Technology,Gaomi 261000,China;4.Himile Mechanical Science and Technology(Shandong)Co.,Ltd.,Gaomi 261000,China)Abstract:Rubber molds are widely used in the manufacturing of tires,shoe soles,seals,and stern bearings.The mold surface qualitydirectly affects the quality and appearance of products.However,the surfaces of rubber molds are contaminated after multiple基金项目：国家自然科学基金（519 0 5317）；山东省自然科学基金（ZR2020ME047）。Fund:National Natural Science Foundation of China(51905317);Provincal Natural Science Foundation of Shandong(ZR2020ME047).收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 8；修改日期：2 0 2 3-0 5-2 4；接受日期：2 0 2 3-0 6-2 7：上线日期：2 0 2 3-12-15。Received May 8,2022;Revised May 24,2023;Accepted in revised form June 27,2023;Available online December 15,2023.127张秀丽，等：橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理第1期vulcanizations,causing difficulty in demolding and affecting product quality.Coatings are usually used to improve the anti-stickingperformance of rubber molds in industry;however,anti-sticking failure is stll one of the main failure modes of rubber mold surfacecoatings.The factors and mechanisms that affect the anti-sticking durability of coatings are unclear.To improve the service life ofcommonly used fluorinated ethylene propylene(FEP)coatings on rubber molds,coatings were prepared on flat samples using theair-spraying method,and their anti-sticking durability was evaluated using rubber vulcanization tests.The surface morphology andelemental composition of the samples were examined using scanning electron microscopy(SEM)and energy dispersive spectroscopy(EDS)to study the changes with the vulcanization time.A bilayer waterborne FEP coating sample and a single-layer solvent-basedFEP coating sample were prepared,and their anti-sticking durabilities were compared with that of a type 45 steel sample.The resultsshowed that Zn and S were added to the surface of the samples after the vulcanization tests.After 300 tests,the surface Zn weightconcentrations of the type 45,bilayer waterborne FEP coating,and single-layer solvent-based FEP coating samples were 40.6%,0.45%,and 1.13%,respectively.X-ray photoelectron spectra(XPS)analysis was conducted for the type 45 steel sample,and it wasfound that the contaminants were mainly composed of Zn,S,C,and O.ZnS was the main component of the contaminants in thebeginning,and as the number of vulcanizations increased,organic deposition occurred in the ZnS layer.The contaminants on the FEPcoating samples appeared at the surface defects of the coating.The surface FEP resin film thickness and quality are easier to controlfor the bilayer waterborne FEP coating than for the single-layer solvent-based FEP coating;thus,the bilayer waterborne FEP coatinghas better anti-sticking durability.Three bilayer waterborne FEP coating samples with different coating thicknesses(T1:13.7 m,T2:20.4 m,T3:29 m)were prepared by changing the thickness of the topcoat,and their anti-sticking durability was studied andcompared.The results showed that the increase in the Zn concentration on the surface of the T1 sample was more significant thanthose of the T2 and T3 samples,indicating that the topcoat thickness and film quality are the key factors affecting the anti-stickingdurability of the bilayer waterborne FEP coating.Bilayer waterborne FEP coating samples with different sintering processes wereprepared by changing the sintering temperature(340 C a n d 38 0 C)a n d u s i n g a c o o l i n g me t h o d (f u r n a c e c o o l i n g,a i r c o o l i n g,a n dwater quenching).The Fourier-transform infrared spectra(FTIR)of the coating samples were obtained,and it was deduced that thesintering process of the coating had a slight effect on the molecular structure of the FEP resin but had an effect on the crystallinity.The water-quenching and air-cooling methods resulted in lower crystallinity of the FEP resin than the furnace-cooling method.Theresults of the anti-sticking durability test showed that,within 300 vulcanization tests,the sintering process had a slight effect on theanti-sticking durability of the bilayer waterborne FEP coating.The research results provide a theoretical basis for the anti-stickingsurface treatment of rubber molds.Keywords:coating;fluororesin;anti-sticking;durability;rubber mold0前言橡胶模具广泛用于制造轮胎、鞋底、密封、船尾轴承等-2 1。模具的表面质量直接影响产品的质量和外观。然而，橡胶模具在硫化使用多次后表面会出现胶垢，造成脱模困难并影响产品质量 3-4。目前工业主要采用表面防粘涂层改善模具防粘性能，延长模具硫化次数和使用寿命。在模具服役过程中发现，相较无涂层模具，涂层模具的硫化使用次数极大提高，但涂层的使用寿命仍有限，数千次硫化之后涂层表面仍会粘胶，需清理后重新制备涂层，影响生产效率和生产成本。一些学者研究了不同涂层在橡胶或注塑模具表面的防粘性能 5-8 ，结果表明氟树脂涂层防粘性能优异，且可溶性聚四氟乙烯（PFA）树脂防粘和脱膜性能最好。ZHANG等 9-10 对比研究了不同涂层在橡胶模具上的脱模和防粘污性能，发现PFA和氟化乙烯丙烯共聚物（FEP）涂层脱模力几乎为零，且无污染物残留，聚四氟乙烯（PTFE）涂层无污染物残留，但有一定脱模力；分析发现，涂层微观形貌是影响脱模力的重要因素，涂层微观表面越光滑，脱模力越小。涂层表面化学组成影响橡胶污染残留，C-F键键能最高，使表面能降低，防粘性最好。PFA和FEP涂层是两种理想的橡胶模具防粘涂层，但PFA粉末价格约是FEP粉末的3倍，应用于涂层成本过高，因此FEP涂层更适用于橡胶模具工业应用。在橡胶模具涂层耐久性方面，邹德荣!研究了自制的溶剂型PTFE防粘涂料在45#钢橡胶模具上的应用，试验结果表明丁腈橡胶（NBR）和三元乙丙橡胶（EPDM）的硫化使用次数分别为2 0 0 和2 40次。NOVOTNY等 12 制备了一种用于AIMg3合金2024年面表中128程国轮胎模具的PTFE基多层涂层，并应用于轮胎生产，测试结果表明使用涂层后，冬季轮胎模具生产能力从10 0 0 个增加到40 0 0 个，夏季轮胎模具生产能力增加到2 0 0 0 个。目前公开发表的橡胶模具防粘涂层耐久性相关文献较少。其他涂层耐久性研究方面，ANDREATTA等 13 研究了食品加工用PTFE防粘涂层的退化机理，所采用的工作温度为2 8 0，加热周期为9 0 s，研究发现PTFE涂层在机械磨损、热老化的共同作用下容易产生内部裂纹，在裂纹附近会出现防粘失效。FRIEDRICHS等 14 研究了精密玻璃成型模具用PtIr保护涂层的设计、寿命评估和恶化机理，研究发现由6 0 0 nm厚的Ptr层和2 0 nm厚的Cr粘合层组成的保护涂层耐久性最好，样品表征结果表明涂层使用过程中存在互扩散、氧化、涂层剥落和玻璃粘附在涂层上等现象。DONADEI等 15研究了在循环结冰除冰试验下润滑聚合物涂层的疏冰性能和耐久性，涂层成分为聚乙烯和固体润滑添加剂，结果表明循环试验会对表面造成机械损伤，增加涂层表面粗糙度，甚至产生表面裂纹，从而降低涂层的疏冰性，机械损伤由热应力和机械应力造成。另外还有许多学者研究了热障涂层的耐久性 16-18，发现其与涂层力学和热性能密切相关，具体取决于涂层结构。还有一些研究评估了所开发涂层的耐污性 19-2 1、耐候性 2-2 3 和耐摩擦性能 2 4 等,但都是常温下的耐久性试验。橡胶模具防粘耐久性的影响因素和机理尚有待研究。本文针对橡胶模具常用的FEP涂料，研究溶剂体系、涂层厚度和烧结工艺对FEP涂层防粘耐久性的影响，通过测试试样微观结构和表面成分随橡胶硫化次数的变化，评估涂层的防粘耐久性，分析影响涂层使用寿命的因素和机理，提出提高橡胶模具防粘涂层使用寿命的方法，为橡胶模具表面处理提供理论依据。1试验1.1材料45钢板（厚5mm）：市售；天然橡胶：青岛北橡国际贸易有限公司；分析纯无水乙醇：淄博齐霖化工有限公司。采用了两种商用FEP涂料，一种是双层水性FEP涂料（展阳高分子材料有限公司），包括黑色底漆和闪银色面漆，底漆包含粘结树脂、FEP树脂和颜填料，面漆主要为FEP树脂和颜料；另一种是单层溶剂型FEP涂料（美国华福公司）。两种涂料的推荐成膜温度均为38 0 40 0，固含量均为50%6 0%。1.2试样制备用2 种涂料分别制备g75mmX5mm的45钢试样用于开展橡胶硫化试验，并与无涂层试样进行对比。为了研究涂层厚度和烧结工艺对涂层耐久性的影响，制备了3种不同厚度和4种不同烧结工艺的试样。涂层厚度范围为10 35m，烧结工艺分别采用38 0 随炉冷却、38 0 空气冷却、38 0 水淬冷却和340 随炉冷却方式。为了保证涂层与45钢基材之间具有良好的结合力，首先对基材表面进行喷砂处理，喷砂后基材表面粗糙度值约为1.4m，之后用无水乙醇超声清洗后烘干。采用空气喷涂方式喷涂试样表面，喷枪喷涂方向与试样表面垂直，喷枪喷嘴高度约250mm，空气压力为0.12 MPa。1.3性能检测采用深圳宇问公司的EC500XE型涂层测厚仪测量涂层膜厚。采用日本Mitutoyo公司的SJ-210型表面粗糙度仪测量试样表面粗糙度。采用上海中晨公司的JC2000D1型接触角测量仪测量涂层与水的静态接触角，注射液滴体积为8 L。采用美国 Thermo Fisher Scientific 公司的PhenomXLG2台式扫描电子显微镜及其配置的ESD探测器观察样品微观结构并分析涂层表面元素成分。采用美国ThermoFisher Scientific公司的EscaLab250XiX射线光谱仪分析试样表面污染物的元素组成和价态。采用美国ThermoFisherScientific公司的Nicolet5700傅里叶红外光谱仪分析氟树脂涂层的分子结构，分辨率为4cml，扫描次数为32。采用图1所示的平板硫化试验机对试样进行橡胶硫化试验。试样安装在基板上，在试样上放上橡胶模具，试样与橡胶模具之间通过销定位，胶料放HeatingplateRubbermouldDowel pinSampleBaseplate图1平板硫化试验机Fig.1Plate vulcanization test machine129张秀丽，第1期等：橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理在模具内进行硫化。采用天然橡胶，硫化温度为180，硫化压力为10 MPa，硫化时间为7 min。硫化试验流程为：热模一胶料称重开模填料一合模一硫化一出模一样品检查。重复硫化试验以测试试样的防粘耐久性。2结果与分析2.1双层水性FEP涂层与单层溶剂型FEP涂层耐久性对比通过橡胶硫化试验对比了45钢试样、双层水性FEP涂层与单层溶剂型FEP涂层的防粘耐久性。表1为试样的膜厚、表面粗糙度Ra及与水的接触角。2个FEP涂层试样的涂层厚度都约为2 0 m，水接触角为10 6 10 9。表1试样信息Table1Information of the samplesCoatingSurfaceWater contactSamplethickness/umroughness/umangle/()Type 45 steel0.335.61.8Bilayerwaterborne20.41.11.60.3109.21.2FEPcoatingSingle-layer solvent-based20.10.81.20.4106.10.9FEPcoating图2 所示为3个试样表面随橡胶硫化试验次数的变化情况。其中45钢试样硫化2 0 0 次图片为电镜拍摄图，其余为手机拍摄图。由图可见，45钢试样在硫化试验前表面光亮，硫化试验10 0 次后其表面已粘附较多杂质并呈黄褐色，不同区域橡胶污垢含Bilayerwaterborne Solvent-basedType 45 steelFEPcoatingFEPcoatingOrigin100times200times300times图2试样(7 5mm)外观随硫化次数的变化Fig.2Sample appearance changes with vulcanization times量不同，随硫化试验次数增加其表面污垢继续增多，试验30 0 次后试样表面已呈黄黑色。2 个FEP涂层试样在硫化试验前表面光滑平整，试验后涂层表面光泽度下降，但试验30 0 次后涂层试样表面仍无肉然可见杂质粘附。图3为3个试样试验10 0 次后的硫化橡胶块外观图。由图可见，45钢试样硫化的橡胶块表面色差明显，其表面与试样表面分布形状一致，这是由于45钢试样表面橡胶污垢多处较光滑，而污垢少处较粗糙，从而导致硫化橡胶块表面不同区域光泽度有差异。2 个FEP涂层试样硫化的橡胶块表面几乎无色差。由此可见，模具表面粘污将极大影响硫化橡胶产品的质量，要提高橡胶模具的使用寿命，必须要保证表面涂层防橡胶粘污持久性。mm(a)Type 45 steel(b)Bilayer waterborne(c)Solvent-based FEPFEPcoatingcoating图3试样试验10 0 次后的硫化橡胶块Fig.3Vulcanized rubber blocks after 100 experiments图4所示为3种试样表面微观形貌随试验次数的变化。表2 和表3分别列示了45钢试样和涂层试样在图4所测位置的元素质量含量。图5展示了图4部分图片的表面元素分布。由图4a4d 可以看出，45钢试样在硫化试验前表面有较多加工沟痕，试验10 0 次后试样表面沟痕被污垢填充，试验2 0 0次后试样表面污垢更加致密，试验30 0 次后试样表面污垢出现很多裂纹，继续试验污垢将脱落，进而影响橡胶制品的表面质量，这也说明45钢试样将达到使用寿命。45钢试样在硫化试验前表面仅含有Fe和C元素，试验后试样表面增加了Zn、S、O、Cl和Bi元素，其中Zn和S元素增加显著，其次是O和C，试验后试样表面Fe元素减少。图5a5c 表示了图4a4c 的表面元素分布，可以发现试验10 0 次时Zn和S元素遍布试样表面，仅在试样凸起处有Fe元素裸露，试验2 0 0 次后Zn和S元素覆盖试样表面。由图4e4h 可以看出，双层水性FEP涂层试样在硫化试验前微观表面光滑致密，试验10 0 次后涂层表面增加一些亮斑，试验2 0 0 次和30 0 次后涂层表面亮斑数量增加不明显。图4i41表明单层溶剂型FEP涂层试样在硫化试验前微观表面同样光滑致密，但存在不同亮度区域，这可能是因为涂层内面130中表国2024年程部含有铝粉颜料；试验10 0 次后涂层表面出现少数不平整区域，试验2 0 0 次后缺陷区域数量增加，试验30 0 次后缺陷区域面积增大。表3表明两种FEP涂层表面只含F和C元素，双层水性FEP试样在硫化试验后表面只增加了Zn，S元素可能因含量过低未检出，单层溶剂型FEP涂层试验2 0 0 次后表面检测出Zn元素，试验30 0 次后检测出S元素，且其Zn和S元素质量含量较双层水性FEP涂层高。图5d和图5e分别表示了图4g和图41测量位置的表面元素分布，可以发现FEP涂层试样表面亮斑处主要为Zn和S元素。结合微观形貌和元素分布分析发现，FEP涂层表面Zn和S元素主要出现在表面缺陷处。模具表面FEP涂层缺陷可能是由机械损伤、涂层检测引起的损伤、模压使基体粗糙峰暴露、以及FEP涂层热老化等因素造成。涂层缺陷使涂层表面连续的FEP树脂膜破坏，暴露出底漆甚至基体，使胶垢容易附着。因此FEP涂层防粘污性主要取决于表面FEP树脂的成膜质量。另外，随硫化试验次数增加，单层溶剂型FEP涂层相较双层水性FEP涂层表面缺陷增加更显著，说明单层溶剂型FEP涂层表面的FEP树脂膜更容易破损。BilayerwaterborneSolvent-basedType 45 steelFEP coatingFEPcoatingOrigin100um100um(a)(e)(i)100times100um100um100um(b)(f)200times100um100um100um(c)(g)(k)300times100um100Lm1.00um(d)(h)()图4试样微观形貌随硫化次数的变化Fig.4SSample microstructure changes with vulcanization times表245钢试样表面元素质量分数变化（wt.%）Table2Surface element mass fraction changes of the type45steel sample(wt.%)No.ofFeCZnS0CIBitests081.2518.750000010012.9118.8439.215.826.341.485.412004.0124.0840.9416.037.781.655.53002.7324.5640.6415.959.171.545.4表3FEP涂层试样表面元素质量分数变化（wt.%）Table3Surface element mass fraction changes ofthe FEP coating samples(wt.%)BilayerwaterborneSingle-layersolvent-basedNo.ofFEPcoatingFEPcoatingtestsFCZnFCZnS077.9922.01077.822.20010077.4222.330.2477.6922.310020077.222.450.3577.0822.360.57030077.9621.60.4574.9922.711.131.17(a)FeC(b)FeCZnS(c)FeCZnS(d)FeCZn(e)CZnS多图5试样微观表面元素分布(a)图 4(a)(b)图 4(b)(c)图4(c)(d)图4(g)(e)图 4(I)Fig.5 Element distribution of sample microscopic surface.(a)Fig.4(a);(b)Fig.4(b);(c)Fig.4(c);(d)Fig.4(g);(e)Fig.4(l).为了研究试样表面胶垢的元素组成和化学价态，对45钢试样硫化试验50 次和2 0 0 次后的表面进行了X射线光电子能谱（XPS）分析，结果如图6所示。图6 a表明胶垢主要包含Zn、S、C、O 四种元素。图6 b6 d 分别是C1s、Z n 2 p 和S2p的分峰谱图。图6 b在结合能为2 8 4.8、2 8 6.2 和2 8 8.6 eV131张秀丽，等：橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理第1期的峰分别对应 C-C、C-O-C 和 O-C=O/C=O。图 6 c中结合能为10 2 2.1和10 45.2 eV的两个高峰分别代表Zn2*的Zn2p3/2和Zn2p1/2。图6 d中结合能为16 1.7 和16 2.8 eV的两个高峰分别代表s2-的S2p3/2和S2p1/2，结合能为16 4.0 和16 9.2 eV处的小峰分别对应S-H/S-S键和SO42。为了确定污染物成分主要为ZnO还是ZnS，将结果与LI 等 2 5 的结果进行了对比，发现所测XPS图谱与ZnS结果一致。因此，胶垢中Zn2以ZnS的形式存在。BUKHINA等 4 报道，ZnS是硫化剂ZnO和S在橡胶硫化过程中的反应产物。在硫化初期，反应产物ZnS容易粘附到模具表面，形成灰色沉积层，随着硫化次数增加，橡胶中的低分子量组分将附着在ZnS微晶上，导致有机沉积。50C-C284.8eVC1s200C-O-CEWWT2O-C-O/C-OKSKRawPeak sumWTUZBack groundPeuZ286.2eV288.6eV120010008006004002000290288286284282280Binding energy/evBinding energy/ev(a)(b)Zn2P3/2Zn 2pZnsS 2pZns1022.1eVS2p3/2S-H/S-S161.7 eVSO42-Zn 2p1/2RawS 2p1/2Peak sum1045.2eVBack ground162.8 eV169.2eV164eV10501040103010201010172168164160156Binding energy/evBinding energy/eV(c)(d)图645钢试样表面XPS分析（a）试验50 次和2 0 0 次的XPS全谱图日(b)C1s 谱图日(c)Zn2p 谱图(d)S2p 谱图Fig.6XPS spectra of the type 45 steel sample:(a)Survey spectra after 50 and 200 vulcanizations;(b)C1s;(c)Zn2p;(d)S2p.图7 总结了3种试样表面Zn元素平均质量含量随橡胶硫化试验次数的变化。45钢试样在硫化试验10 0 次后表面Zn元素平均质量含量约为37.7%，之后Zn元素质量含量缓慢增加，硫化试验30 0 次后为42.3%。双层水性FEP涂层试样在橡胶硫化试验10 0 次后表面Zn元素平均质量含量为0.3%，之后Zn元素质量含量增加并不明显。而单层溶剂型FEP涂层在橡胶硫化试验10 0 次时未检测到Zn元素，之后Zn元素含量增加显著，试验30 0 次时其表面Zn元素平均质量含量为1.2%，远大于双层水性FEP涂层，说明硫化试验10 0 次后单层溶剂型FEP涂层比双层水性FEP涂层污染物增加速度快。试样微观形貌和成分分析结果表明，双层水性FEP涂层较单层溶剂型FEP涂层防粘耐久性更好。这可能是由于单层溶剂型FEP涂层包含粘结树脂和FEP树脂，涂层固化过程中依靠自组装原理在表面形成一层FEP树脂，但FEP树脂厚度不能精准控制，硫化试验过程中粘结树脂成分可能会暴露。而双层水性FEP涂层面漆主要成分为FEP树脂，其更容易形成一层完整的具有一定厚度的FEP防粘层。132中2024年面表国程2.060WaterborneFEP-Solvent-basedFEP501.5Type 45 steel401.030200.510000100200300Numberofrubbervulcanization图7试样表面Zn元素平均质量含量随硫化次数的变化Fig.7Average weight concentration changes ofZn element with vulcanization times2.2涂层厚度对水性FEP涂层耐久性的影响选择双层水性FEP涂层研究涂层厚度对防粘耐久性的影响。制备试样时底漆同时喷涂，得到底漆干膜厚度均约为9 m，通过改变面漆厚度得到不同涂层厚度。表4列出了不同涂层厚度双层水性FEP涂层试样的基本信息。3个试样T1T 3的平均涂层厚度分别为13.7、2 0.4和2 9.0 m，对应面漆厚度分别约为4.7、11.4和2 0.0 m。表4不同厚度双层水性FEP涂层试样信息Table 4 Information of the waterborne FEP coatingsamples with different coating thicknessesSampleCoating thickness/Surfaceroughness/Watercontactnameumumangle/()T1.13.7 1.32.50.2114.3 1.0T220.41.11.60.3109.21.2T329.01.31.60.3112.3 1.3图8 表示了3个试样表面随着橡胶硫化试验次数的变化情况。硫化前涂层表面光滑平整，色泽较亮，试验10 0 次后涂层表面光泽度下降。涂层表面斑点为电镜测量成分处，涂层导电性差使测量处发生充电效应使涂层产生缺陷，导致测量处易粘附橡胶污垢。随硫化试验次数增加，T1试样表面斑点明显增加，其次是T2试样，T3试样表面斑点数量最少。这说明涂层越薄，底漆或基体越容易暴露，从而降低涂层防粘耐久性。图9 所示为3个试样表面微观形貌随试验次数的变化。3个涂层试样在硫化试验前微观表面均光滑平整。T1涂层试样在试验10 0 次后微观表面出现较多小亮斑（含Zn和S元素），试验2 0 0 次和30 0次后微观表面亮斑数量增加且面积增大。T2涂层试样在试验10 0 次后微观表面出现少量亮斑，但随试验次数增加亮斑数量及面积无明显变化。T3涂层试样微观表面随试验次数增加没有明显变化，试验300次后涂层微观表面也几乎没有亮斑。T1T2T3Origin100times200times300times图8 不同厚度水性FEP涂层试样外观随硫化次数的变化Fig.8 Surface appearance changes with vulcanizationtimes for the waterborne FEP coating sampleswith different coating thicknessesT1T2T3Origin100um100um100um100times100um100um100um200times400um100um100um300times100um100um100um图9不同涂层厚度水性FEP涂层试样微观形貌随硫化次数的变化Fig.9 Surface microstructure changes with vulcanizationtimes for the waterborne FEP coating sampleswith different coating thicknesses133张秀丽，等：橡胶模具表面FEP涂层防粘耐久性影响因素及机理第1期图10 总结了3个试样表面Zn元素平均质量含量随试验次数的变化情况。可以发现在硫化试验500次范围内，T1涂层试样表面的Zn元素含量近似与硫化试验次数成正比。T1涂层试样硫化50 0 次时，Zn元素平均质量含量为2.0 1%。假设试样表面Zn元素质量含量小于10%时，其与硫化试验次数为线性关系，则预计Zn元素质量含量达到10%时，T1试样约能够硫化试验2 50 0 次。T2和T3涂层试样硫化50 0 次时涂层表面Zn元素平均质量含量仅为0.34%和0.32%。由于试样表面Zn元素含量低，测量数据标准差较大。从曲线上看，T3涂层试样表面的Zn元素含量小于T2试样。随硫化试验次数的增加，T2和T3试样表面Zn元素质量含量增长并不明显。预计Zn元素质量含量达到10%时，T2和T3涂层试样的硫化试验次数至少为T1涂层试样的3倍和5倍以上。可见，