一种改性石墨烯PTFE基涂层及其制备方法

本发明涉及涂层，具体为一种改性石墨烯ptfe基涂层及其制备方法。

背景技术：

1、在海洋领域中，因海水具有高腐蚀性和复杂的机械应力，所以在海洋工程和船舶制造领域中，传统的材料难以满足长时间的使用要求，而ptfe基三层自润滑复合材料由金属基体、中间粘结层和ptfe基涂层构成。其中，金属基体可提供机械强度，中间粘结层能确保层间结合牢固，ptfe基涂层可提供一定的自润滑和耐磨特性。若将该材料应用于海水领域中，虽然能够一定程度上减少机械部件的摩擦磨损，但是其耐磨性能还不能达到可长期应用于海水领域的需求。

2、由于海水具有高的腐蚀性，而现有技术中的ptfe基涂层其内部结构比较疏松，经过长时间使用后，海水中的腐蚀介质易渗透至金属基体，导致涂覆有ptfe基涂层的基材也会被腐蚀。而石墨烯作为一种纳米级材料，具有优异的机械强度和耐腐蚀性能。当石墨烯添加到ptfe基体中，能够显著提高制备出来的涂层的耐磨性和力学性能，同时保持ptfe机体原有的耐化学腐蚀和低摩擦系数特点。但是现有技术中石墨烯在增强ptfe基涂层的性能的过程中会出现以下问题：一、石墨烯易团聚，加入到ptfe基体中没法很好的分散开，从而易导致制备出来的涂层涂覆于基材后，基材各处的耐磨性和力学性能差别很大；二、石墨烯与ptfe基体界面结合弱，导致石墨烯与ptfe基体之间的粘接性较差；三、ptfe基体自身有很多微孔和裂纹。其中上述的第一个问题以及第二个问题会严重影响制备出来的ptfe基涂层的耐磨性能，第三个问题会导致海水中的腐蚀介质通过ptfe基体渗透至金属基体，导致涂覆有ptfe基涂层的基材(即金属基体)在海水环境下仍然容易受到海水的腐蚀，从而导致其耐腐蚀性较差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中ptfe基涂层的耐磨和耐腐蚀性差的问题，本发明提供一种改性石墨烯ptfe基涂层。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种改性石墨烯ptfe基涂层，其原料按重量份计为：40-80份ptfe粉末、1-10份偶联剂、5-15份芳纶、0.5-8份石墨烯、70-90份三水硝酸铜、15-25份聚酰亚胺。

3、作为上述方案的进一步改进，所述三水硝酸铜用于与所述石墨烯混合制备得到铜包覆石墨烯粉末，所述偶联剂用于对所述铜包覆石墨烯粉末进行改性，得到改性石墨烯粉末。

4、作为上述方案的进一步改进，所述偶联剂为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种或多种。

5、作为上述方案的进一步改进，所述偶联剂用于分别提高所述芳纶和所述ptfe的界面结合力、所述石墨烯和所述ptfe的界面结合力以及所述聚酰亚胺和所述ptfe的界面结合力。

6、作为上述方案的进一步改进，所述石墨烯的粒径为2μm-7μm。

7、一种改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其包括以下步骤：

8、制备铜包覆石墨烯粉末；

9、将偶联剂加入无水乙醇中，搅拌使其溶解，得到混合液一，再将制备好的所述铜包覆石墨烯粉末加入到所述混合液一中，并对其进行超声和搅拌，得到所述混合液二；再用盐酸调节所述混合液二的ph，使得所述混合液二的ph为4～5；再将所述混合液二水浴加热后冷却至室温，并用去离子水洗涤过滤，并真空干燥后得到所述改性石墨烯粉末；

10、将所述改性石墨烯粉末加入ptfe分散液中，依次进行搅拌、过滤以及烘干得到改性石墨烯ptfe复合粉体；

11、在所述改性石墨烯ptfe复合粉体中分别加入芳纶和聚酰亚胺，并混合均匀即制得混合泥料；

12、将混合泥料均匀铺展在铜粉板上，使用轧机轧制，得到表层涂覆有混合泥料的板材；

13、再将表层涂覆有混合泥料的板材放入烧结装置中进行塑化，塑化温度为370℃，塑化时间为4h，升温速度为10℃/min，烧结完成后随烧结装置冷却至室温，即制得带有所述改性石墨烯ptfe基涂层的板材。

14、作为上述方案的进一步改进，所述铜包覆石墨烯粉末采用原位生成法进行制备。

15、作为上述方案的进一步改进，所述铜包覆石墨烯粉末的制备包括以下步骤：

16、将石墨烯分散在600ml乙醇溶液中，超声后并进行磁力搅拌得到混合液三；

17、依次向所述混合液三中加入三水硝酸铜以及葡萄糖溶液，并搅拌一段时间得到混合液四；

18、将浓度为5mol/l、体积为500ml的naoh溶液分三次滴加到所述混合液四中，完成滴加后搅拌3小时，再将搅拌后的溶液过滤，得到固体产物；将所述固体产物用去离子水多次洗涤并抽滤烘干，即制得所述铜包覆石墨烯粉末。

19、作为上述方案的进一步改进，所述ptfe分散液是通过将ptfe粉末加入蒸馏水中，进行机械搅拌同时超声分散2h得到。

20、作为上述方案的进一步改进，调节好ph值的所述混合液二在50℃的水浴锅中反应30min，再升温至70℃后反应30min，最后冷却至室温。

21、作为上述方案的进一步改进，冷却至室温后的所述混合液二用去离子水洗涤过滤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、作为上述方案的进一步改进，制备好的所述改性后的石墨烯粉末加入ptfe分散液后，对其进行机械搅拌1h，再真空抽滤，最后在100℃下烘干9h得到改性石墨烯ptfe复合粉体。

23、一种改性石墨烯ptfe基复合板材，其包括通过上述制备方法制备出来的改性石墨烯ptfe基涂层。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

25、(1)本发明中采用偶联剂对铜包覆石墨烯进行偶联改性，提高石墨烯在ptfe表面的覆盖率，改善ptfe基体自身的微孔和裂纹缺陷，提高了制备出来的ptfe基涂层的耐腐蚀性能。

26、(2)本发明通过原位生成法制备铜包覆石墨烯粉体，使得铜纳米颗粒能够均匀地分布在石墨烯片层表面及褶皱处，改善了石墨烯的分散性，提高制备出来的ptfe基涂层的耐磨性。

27、(3)本发明通过在石墨烯表面包覆铜纳米颗粒，能够有效地改善石墨烯和ptfe基体之间的界面结合力，从而使得制备出来的ptfe基涂层中ptfe基体与填料之间结合力增强，由此提高其耐磨性。

28、(4)本发明制备出来的ptfe基涂层具备良好的耐磨性和耐腐蚀性，可将其应用于海洋领域中的设备中，通过对海洋领域中的一些装置涂覆本发明制备出来的ptfe基涂层，能够提高这些装置的耐磨性和耐腐蚀性，避免其因长期浸泡在海水中而易发生腐蚀的情况，从而延长这些装置的使用寿命。

技术特征：

1.一种改性石墨烯ptfe基涂层，其特征在于，其原料按重量份计为：40-80份ptfe粉末、1-10份偶联剂、5-15份芳纶、0.5-8份石墨烯、70-90份三水硝酸铜、15-25份聚酰亚胺；

2.一种改性石墨烯ptfe基涂层，其特征在于，所述石墨烯的粒径为2μm-7μm。

3.一种改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，所述铜包覆石墨烯粉末采用原位生成法进行制备。

5.如权利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，所述铜包覆石墨烯粉末的制备包括以下步骤：

6.如权利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，所述ptfe分散液是通过将ptfe粉末加入蒸馏水中，进行机械搅拌同时超声分散2h得到。

7.如权利要求3所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，调节好ph值的所述混合液二在50℃的水浴锅中反应30min，再升温至70℃后反应30min，最后冷却至室温。

8.如权利要求7所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，冷却至室温后的所述混合液二用去离子水洗涤过滤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.如权利要求7所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法，其特征在于，制备好的所述改性后的石墨烯粉末加入ptfe分散液后，对其进行机械搅拌1h，再真空抽滤，最后在100℃下烘干9h得到改性石墨烯ptfe复合粉体。

10.一种改性石墨烯ptfe基复合板材，其特征在于，其包括如权利要求3-9中任一项所述的改性石墨烯ptfe基涂层的制备方法制备出来的改性石墨烯ptfe基涂层。

技术总结本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及一种改性石墨烯PTFE基涂层。一种改性石墨烯PTFE基涂层，其原料按重量份计为：40‑80份PTFE粉末、1‑10份偶联剂、5‑15份芳纶、0.5‑8份石墨烯、70‑90份三水硝酸铜、15‑25份聚酰亚胺。三水硝酸铜用于与石墨烯混合制备得到铜包覆石墨烯粉末，偶联剂用于对铜包覆石墨烯粉末进行改性，得到改性石墨烯粉末。偶联剂为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种或多种。本发明中采用偶联剂对铜包覆石墨烯进行偶联改性，改性PTFE与填料之间的相容性，从而使得PTFE与填料的界面结合更加紧密，提高其耐磨性。此外偶联剂也能大大降低PTFE基体自身的微孔和裂纹缺陷，从而提高制备出来的PTFE基涂层的耐腐蚀性。技术研发人员：尹延国,黄杉,方小亮,苗继琳,李聪敏,鲁正,许明,郑旺旺受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10