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钢铁表面聚四氟乙烯功能涂层的制备及其性能研究

王海斌  
【摘要】:钢铁在人们的日常生活、工农业生产制造和国防建设等领域内发挥着重要作用,其腐蚀问题给个人、集体及国家的生产活动带来重大的危害,表面涂层保护是减缓钢铁材料大气腐蚀的有效措施。和其他的高分子材料相比,氟树脂具有优异的耐化学性、不沾性、低摩擦系数、高温热稳定性和低温时一定的韧性,在现代工业的发展中起着非常重要的作用。聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)在氟树脂中占据主导地位,被广泛应用于石化、航天、电子、机械、建筑工程、纺织和医药等领域。第一章综述了聚四氟乙烯的基本性质和改性方法,引出了本文填充改性和共混改性的研究方法。第二章汇总了本文的实验用品和仪器,添加纳米粒子(Nanoparticle, NP)超疏水聚四氟乙烯涂层及添加环氧树脂(Epoxy Resin)耐磨耐高温涂层的制备方法和各自的性能测试方法。第三章通过物理混合制备了超疏水聚四氟乙烯涂料乳液混合物,分别用无机Si02和有机PTFE纳米粒子做填料对比研究。添加前原料SiO2纳米粒子先用硅烷偶联剂KH-570改性修饰,过程中控制KH-570的水解时间、改性修饰的时间和温度。通过磁力搅拌和超声混合增加纳米粒子在聚四氟乙烯涂料乳液中的分散程度,用喷涂进一步保证涂层的均匀性。结果表明,添加H-SiO2和R-SiO2涂层表面都有约150°的最大疏水角(Static Contact Angle, SCA),而PTFE为163.1°,涂层表面均有菜花结构。添加H-SiO2涂层表面均匀性比R-SiO2好,添加PTFE涂层表面显示出比SiO2更稠密的微纳结构。所构建的涂层均显示出高达550℃的高温耐受力。附着力和硬度测试结果表明,添加SiO2和PTFE涂层耐磨性能优异。添加PTFE涂层还具有优异的耐酸碱性和耐水性能。第四章将聚四氟乙烯的耐腐蚀性和环氧树脂的耐磨性相结合,制备出一种耐磨耐高温涂料,解决环氧树脂耐磨不耐水、聚四氟乙烯疏水但不耐磨的问题。铅笔硬度测试显示涂层的硬度大于6H,涂料经固化和退火冷却成涂层后表面光滑,呈亚光色泽,耐水性及耐酸碱性能优异。


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