【摘 要】
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聚四氟乙烯(PTFE)由于具有优异的不粘性、耐热性、自润滑性和耐蚀性等特点被广受关注。但其最大的问题是粘结性差,且基体内分散程度低,因此在制备涂层的过程中难以跟金属基体牢固的结合。为了提升聚四氟乙烯的粘结性和涂层的耐蚀性能,本文探讨了聚酰胺酰亚胺(PAI)含量对PTFE不粘涂层耐蚀性能的影响,研究了硅烷预处理对涂层结合强度与耐蚀性能的影响,以及在硅烷膜中添加氧化石墨烯(GO)和功能化氧化石墨烯(f
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(项目编号:51675232,耐磨减摩耐腐蚀抗高温石墨烯/碳纳米管增强涂层制备、性能及其机理研究); 江苏省青年自然科学基金项目(项目编号:BK20190611,面向腐蚀条件下氧化石墨烯杂化材料增强无机粘结陶瓷涂层摩擦学及力学性能研究);
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聚四氟乙烯(PTFE)由于具有优异的不粘性、耐热性、自润滑性和耐蚀性等特点被广受关注。但其最大的问题是粘结性差,且基体内分散程度低,因此在制备涂层的过程中难以跟金属基体牢固的结合。为了提升聚四氟乙烯的粘结性和涂层的耐蚀性能,本文探讨了聚酰胺酰亚胺(PAI)含量对PTFE不粘涂层耐蚀性能的影响,研究了硅烷预处理对涂层结合强度与耐蚀性能的影响,以及在硅烷膜中添加氧化石墨烯(GO)和功能化氧化石墨烯(f GO)对涂层性能的影响,系统分析了涂层性能与PAI含量、硅烷膜预处理以及功能性添加剂含量的关系。首先,研究了不同含量聚酰胺酰亚胺(PAI)对PTFE不粘涂层性能的影响。由电化学腐蚀试验结果可知,随着聚酰胺酰亚胺含量的增加,涂层腐蚀电流密度先降低后升高,15 wt.%PAI涂层的腐蚀电流密度降低为10 wt.%PAI涂层腐蚀电流密度的1/4以及20wt.%PAI涂层腐蚀电流密度的1/3,涂层最低频率处的阻抗模量(fmin=0.01 Hz)先增加后减小,15 wt.%PAI涂层的阻抗模量比10 wt.%PAI涂层和20 wt.%PAI涂层阻抗模量提升了一个数量级。这说明一定范围内聚酰胺酰亚胺含量对于涂层的耐腐蚀性能的影响存在一个最优点。这是因为随着聚酰胺酰亚胺含量的增加,涂层内部结构更加致密,能够有效阻隔腐蚀介质的渗透,当聚酰胺酰亚胺过多时,涂层内部产生团聚,使涂层表面质量降低,从而导致涂层耐腐蚀性降低。其次,对金属基体进行硅烷预处理,研究硅烷预处理对PTFE不粘涂层性能的影响。划痕测试结果表明,硅烷预处理涂层与基体的结合强度是未进行硅烷预处理涂层与基体结合强度的1.3倍,这是因为硅烷膜的硅醇(Si-OH)与金属基体的羟基脱水缩合,硅烷膜的R基与涂层中的有机组分形成化学键或通过范德华力相互穿插,从而提升涂层-基体的结合强度。由盐雾试验结果可知,经过12 h盐雾试验之后,硅烷预处理涂层划痕处的腐蚀程度更轻,这是因为基体表面硅烷成膜的过程中,硅烷之间硅醇(Si-OH)的结合及硅醇与金属基体羟基的结合共同形成了一层致密的硅烷膜,这一层硅烷膜成为了新的的屏障,提升涂层的耐腐蚀性能。然后,将氧化石墨烯作为功能性添加剂加到硅烷膜中,并研究GO/BTESPT硅烷膜对PTFE不粘涂层性能的影响。由盐雾试验结果可知,经过12 h盐雾试验之后,添加氧化石墨烯的硅烷预处理涂层其腐蚀程度比单一硅烷预处理涂层更轻。由电化学腐蚀试验结果可知,添加1.5 wt.%GO的硅烷预处理涂层其腐蚀电流密度比单一硅烷预处理涂层下降了两个数量级,添加1.5 wt.%GO的硅烷膜预处理涂层最低频率处的阻抗模量比单一硅烷膜预处理涂层提升了一个数量级。这是因为单一的硅烷膜存在孔隙等缺陷,这些缺陷为腐蚀介质的扩散提供了路径,而氧化石墨烯的加入能够尽可能的改善其缺陷,并且由于氧化石墨烯本身的化学惰性等特点,能够进一步提升涂层的抗腐蚀能力,但是氧化石墨烯作为碳纳米材料,当其含量多时会产生团簇现象,影响涂层的性能。最后,将氧化石墨烯进行功能化处理得到功能化氧化石墨烯,将功能化氧化石墨烯(f GO)作为功能性添加剂加到硅烷膜中,研究f GO/BTESPT硅烷膜对PTFE不粘涂层耐蚀性能的影响,并建立f GO/BTESPT改性硅烷膜的耐腐蚀机制。盐雾试验结果表明,与添加氧化石墨烯的涂层相比较,添加功能化氧化石墨烯的涂层经过12 h盐雾试验之后划痕处的表面形貌腐蚀程度更轻。由电化学腐蚀试验结果可知,添加功能化氧化石墨烯涂层的腐蚀电流密度较添加氧化石墨烯涂层的腐蚀电流密度有所下降,添加功能化氧化石墨烯的涂层最低频率处的阻抗模量约是添加氧化石墨烯的涂层的2倍。这是因为氧化石墨烯功能化处理之后能够更好的分散在硅烷膜中,而且其自身的含氧官能团能够与硅烷膜发生脱水缩合从而连接,可以更好的改善硅烷膜的缺陷,也能更好的发挥氧化石墨烯的作用,提升涂层的耐腐蚀性。
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