本發(fā)明涉及涂層，具體為一種改性石墨烯ptfe基涂層及其制備方法。

背景技術：

1、在海洋領域中，因海水具有高腐蝕性和復雜的機械應力，所以在海洋工程和船舶制造領域中，傳統(tǒng)的材料難以滿足長時間的使用要求，而ptfe基三層自潤滑復合材料由金屬基體、中間粘結層和ptfe基涂層構成。其中，金屬基體可提供機械強度，中間粘結層能確保層間結合牢固，ptfe基涂層可提供一定的自潤滑和耐磨特性。若將該材料應用于海水領域中，雖然能夠一定程度上減少機械部件的摩擦磨損，但是其耐磨性能還不能達到可長期應用于海水領域的需求。

2、由于海水具有高的腐蝕性，而現(xiàn)有技術中的ptfe基涂層其內部結構比較疏松，經(jīng)過長時間使用后，海水中的腐蝕介質易滲透至金屬基體，導致涂覆有ptfe基涂層的基材也會被腐蝕。而石墨烯作為一種納米級材料，具有優(yōu)異的機械強度和耐腐蝕性能。當石墨烯添加到ptfe基體中，能夠顯著提高制備出來的涂層的耐磨性和力學性能，同時保持ptfe機體原有的耐化學腐蝕和低摩擦系數(shù)特點。但是現(xiàn)有技術中石墨烯在增強ptfe基涂層的性能的過程中會出現(xiàn)以下問題：一、石墨烯易團聚，加入到ptfe基體中沒法很好的分散開，從而易導致制備出來的涂層涂覆于基材后，基材各處的耐磨性和力學性能差別很大；二、石墨烯與ptfe基體界面結合弱，導致石墨烯與ptfe基體之間的粘接性較差；三、ptfe基體自身有很多微孔和裂紋。其中上述的第一個問題以及第二個問題會嚴重影響制備出來的ptfe基涂層的耐磨性能，第三個問題會導致海水中的腐蝕介質通過ptfe基體滲透至金屬基體，導致涂覆有ptfe基涂層的基材(即金屬基體)在海水環(huán)境下仍然容易受到海水的腐蝕，從而導致其耐腐蝕性較差。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術中ptfe基涂層的耐磨和耐腐蝕性差的問題，本發(fā)明提供一種改性石墨烯ptfe基涂層。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種改性石墨烯ptfe基涂層，其原料按重量份計為：40-80份ptfe粉末、1-10份偶聯(lián)劑、5-15份芳綸、0.5-8份石墨烯、70-90份三水硝酸銅、15-25份聚酰亞胺。

3、作為上述方案的進一步改進，所述三水硝酸銅用于與所述石墨烯混合制備得到銅包覆石墨烯粉末，所述偶聯(lián)劑用于對所述銅包覆石墨烯粉末進行改性，得到改性石墨烯粉末。

4、作為上述方案的進一步改進，所述偶聯(lián)劑為十七氟葵基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一種或多種。

5、作為上述方案的進一步改進，所述偶聯(lián)劑用于分別提高所述芳綸和所述ptfe的界面結合力、所述石墨烯和所述ptfe的界面結合力以及所述聚酰亞胺和所述ptfe的界面結合力。

6、作為上述方案的進一步改進，所述石墨烯的粒徑為2μm-7μm。

7、一種改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其包括以下步驟：

8、制備銅包覆石墨烯粉末；

9、將偶聯(lián)劑加入無水乙醇中，攪拌使其溶解，得到混合液一，再將制備好的所述銅包覆石墨烯粉末加入到所述混合液一中，并對其進行超聲和攪拌，得到所述混合液二；再用鹽酸調節(jié)所述混合液二的ph，使得所述混合液二的ph為4～5；再將所述混合液二水浴加熱后冷卻至室溫，并用去離子水洗滌過濾，并真空干燥后得到所述改性石墨烯粉末；

10、將所述改性石墨烯粉末加入ptfe分散液中，依次進行攪拌、過濾以及烘干得到改性石墨烯ptfe復合粉體；

11、在所述改性石墨烯ptfe復合粉體中分別加入芳綸和聚酰亞胺，并混合均勻即制得混合泥料；

12、將混合泥料均勻鋪展在銅粉板上，使用軋機軋制，得到表層涂覆有混合泥料的板材；

13、再將表層涂覆有混合泥料的板材放入燒結裝置中進行塑化，塑化溫度為370℃，塑化時間為4h，升溫速度為10℃/min，燒結完成后隨燒結裝置冷卻至室溫，即制得帶有所述改性石墨烯ptfe基涂層的板材。

14、作為上述方案的進一步改進，所述銅包覆石墨烯粉末采用原位生成法進行制備。

15、作為上述方案的進一步改進，所述銅包覆石墨烯粉末的制備包括以下步驟：

16、將石墨烯分散在600ml乙醇溶液中，超聲后并進行磁力攪拌得到混合液三；

17、依次向所述混合液三中加入三水硝酸銅以及葡萄糖溶液，并攪拌一段時間得到混合液四；

18、將濃度為5mol/l、體積為500ml的naoh溶液分三次滴加到所述混合液四中，完成滴加后攪拌3小時，再將攪拌后的溶液過濾，得到固體產(chǎn)物；將所述固體產(chǎn)物用去離子水多次洗滌并抽濾烘干，即制得所述銅包覆石墨烯粉末。

19、作為上述方案的進一步改進，所述ptfe分散液是通過將ptfe粉末加入蒸餾水中，進行機械攪拌同時超聲分散2h得到。

20、作為上述方案的進一步改進，調節(jié)好ph值的所述混合液二在50℃的水浴鍋中反應30min，再升溫至70℃后反應30min，最后冷卻至室溫。

21、作為上述方案的進一步改進，冷卻至室溫后的所述混合液二用去離子水洗滌過濾3次，并在60℃真空干燥，干燥后得到所述改性后的石墨烯粉末。

22、作為上述方案的進一步改進，制備好的所述改性后的石墨烯粉末加入ptfe分散液后，對其進行機械攪拌1h，再真空抽濾，最后在100℃下烘干9h得到改性石墨烯ptfe復合粉體。

23、一種改性石墨烯ptfe基復合板材，其包括通過上述制備方法制備出來的改性石墨烯ptfe基涂層。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

25、(1)本發(fā)明中采用偶聯(lián)劑對銅包覆石墨烯進行偶聯(lián)改性，提高石墨烯在ptfe表面的覆蓋率，改善ptfe基體自身的微孔和裂紋缺陷，提高了制備出來的ptfe基涂層的耐腐蝕性能。

26、(2)本發(fā)明通過原位生成法制備銅包覆石墨烯粉體，使得銅納米顆粒能夠均勻地分布在石墨烯片層表面及褶皺處，改善了石墨烯的分散性，提高制備出來的ptfe基涂層的耐磨性。

27、(3)本發(fā)明通過在石墨烯表面包覆銅納米顆粒，能夠有效地改善石墨烯和ptfe基體之間的界面結合力，從而使得制備出來的ptfe基涂層中ptfe基體與填料之間結合力增強，由此提高其耐磨性。

28、(4)本發(fā)明制備出來的ptfe基涂層具備良好的耐磨性和耐腐蝕性，可將其應用于海洋領域中的設備中，通過對海洋領域中的一些裝置涂覆本發(fā)明制備出來的ptfe基涂層，能夠提高這些裝置的耐磨性和耐腐蝕性，避免其因長期浸泡在海水中而易發(fā)生腐蝕的情況，從而延長這些裝置的使用壽命。

技術特征：

1.一種改性石墨烯ptfe基涂層，其特征在于，其原料按重量份計為：40-80份ptfe粉末、1-10份偶聯(lián)劑、5-15份芳綸、0.5-8份石墨烯、70-90份三水硝酸銅、15-25份聚酰亞胺；

2.一種改性石墨烯ptfe基涂層，其特征在于，所述石墨烯的粒徑為2μm-7μm。

3.一種改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：

4.如權利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，所述銅包覆石墨烯粉末采用原位生成法進行制備。

5.如權利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，所述銅包覆石墨烯粉末的制備包括以下步驟：

6.如權利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，所述ptfe分散液是通過將ptfe粉末加入蒸餾水中，進行機械攪拌同時超聲分散2h得到。

7.如權利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，調節(jié)好ph值的所述混合液二在50℃的水浴鍋中反應30min，再升溫至70℃后反應30min，最后冷卻至室溫。

8.如權利要求7所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，冷卻至室溫后的所述混合液二用去離子水洗滌過濾3次，并在60℃真空干燥，干燥后得到所述改性后的石墨烯粉末。

9.如權利要求7所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法，其特征在于，制備好的所述改性后的石墨烯粉末加入ptfe分散液后，對其進行機械攪拌1h，再真空抽濾，最后在100℃下烘干9h得到改性石墨烯ptfe復合粉體。

10.一種改性石墨烯ptfe基復合板材，其特征在于，其包括如權利要求3-9中任一項所述的改性石墨烯ptfe基涂層的制備方法制備出來的改性石墨烯ptfe基涂層。

技術總結
本發(fā)明涉及涂層技術領域，尤其涉及一種改性石墨烯PTFE基涂層。一種改性石墨烯PTFE基涂層，其原料按重量份計為：40?80份PTFE粉末、1?10份偶聯(lián)劑、5?15份芳綸、0.5?8份石墨烯、70?90份三水硝酸銅、15?25份聚酰亞胺。三水硝酸銅用于與石墨烯混合制備得到銅包覆石墨烯粉末，偶聯(lián)劑用于對銅包覆石墨烯粉末進行改性，得到改性石墨烯粉末。偶聯(lián)劑為十七氟葵基三乙氧基硅烷、γ?氨丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷中的一種或多種。本發(fā)明中采用偶聯(lián)劑對銅包覆石墨烯進行偶聯(lián)改性，改性PTFE與填料之間的相容性，從而使得PTFE與填料的界面結合更加緊密，提高其耐磨性。此外偶聯(lián)劑也能大大降低PTFE基體自身的微孔和裂紋缺陷，從而提高制備出來的PTFE基涂層的耐腐蝕性。

技術研發(fā)人員：尹延國,黃杉,方小亮,苗繼琳,李聰敏,魯正,許明,鄭旺旺
受保護的技術使用者：合肥工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10