一种PMMA改性PTFE的高耐磨自润滑涂层的制备方法与流程

本发明属于复合材料涂层的技术领域，尤其涉及pmma改性ptfe的高耐磨自润滑涂层的制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(ptfe)作为结构和润滑的工程材料应用是最有前途的材料之一，它是一种具有超低摩擦系数的自润滑材料。然而，由于纯ptfe的力学性能差(包括严重蠕变行为)、线性膨胀系数高、导热系数差和耐磨性差，并且与金属材料的涂层相容性较差，因此其应用受到了很大的限制。长期以来，改善材料的自润滑性和耐磨性能已成为人们关心和重视的课题。通常，提高材料的摩擦学性能主要有以下两种技术手段。第一，在聚合物基体中添加具有低剪切强度和自润滑性的润滑粒子，如添加二硫化钼、氮化硼、石墨等，以降低材料的摩擦系数。第二，在聚合物基体中添加硬质颗粒或纤维增强剂，以提高材料的耐磨性。然而经填充后的ptfe的摩擦系数往往也会不同程度地增加，而且经填充后的ptfe涂层膜需要经过底漆、中间层、面漆二次甚至多次烧结，导致最终涂膜与基材的结合性能大大降低，进而影响涂层的使用寿命并大大降低涂层可施工性。发明专利cn103628058a公开了“一种高耐磨性金属基自润滑涂层的制备方法”，该方法所描述的涂层需经涂覆、干燥、电子加速器辐照，而且辐照需要惰性气体保护，导致生产工艺复杂、效率低、成本高。

技术实现要素：

针对上述现有材料以及技术存在的缺陷，本发明提供一种可施工性强、操作性强、高耐磨、使用寿命长、制备成本低的pmma改性ptfe的高耐磨自润滑涂层的制备方法。本发明首先制备pmma改性ptfe粉末(ptfe&pmma),之后将其与聚苯硫醚树脂(pps)、聚酰亚胺(pi)树脂均匀混合,经涂覆和一次烧结工序,制得一种pmma改性ptfe的高耐磨自润滑涂层。

本发明的制备方法如下：

(1)pmma改性ptfe复合涂料的制备过程：

①pmma改性ptfe粉末的制备：

a、按组成配比，称取一定量的ptfe纳米分散液，加入500ml去离子水，200～600rmp搅拌10～30min得到分散液a；

b、氩气氛围下，温度为79～90℃，转速为300～800rmp，向分散液a中缓慢滴加mma单体，稳定10～30min，加入10ml浓度为40～80mol/l过硫酸钾溶液；

c、氩气氛围下反应2-48h，反应结束后多次过滤、洗涤，在70～90℃下干燥2～12h，得到pmma改性ptfe粉末。

②pmma改性ptfe复合涂料的制备：

a、复合涂料的混合溶剂的制备：溶剂组成如下质量比例关系，无水乙醇:二甲基乙酰胺:蒸馏水:十二烷基苯磺酸钠＝35～40:15～20:48～50:2～3，搅拌混合均匀即可。

b、pmma改性ptfe复合涂覆液的制备：选用超细增韧pps树脂，分子量为8000～10000的pi树脂，流平剂410，助膜剂加入上述混合溶剂中，其中各原料用量有如下质量比例关系，pps:pi:ptfe&pmma:流平剂＝20～30:5～20:75～80:

0.3～0.5:0.3～0.5，加入步骤a的混合溶剂中，搅拌均匀，其中，所述原料与溶剂的质量比＝2～4:10～15。

(2)pmma改性ptfe涂层的制备过程：

①试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理,使试样表面光洁度达到ra2～10μm，并用无水酒精超声清洗试样表面；

②利用匀胶机或静电喷涂方法制备涂层，将步骤(1)②中b制备的溶液均匀涂覆试样表面；以5～10℃/min升温到80～120℃保温10～30min固化，之后以10～20℃/min升温到160～270℃保温10～60min烧结，最后以5～20℃/min冷速冷却至室温即可。

优选地，所述步骤(1)①a中，ptfe的质量分数为50～99wt.％，更优选地，ptfe的质量分数为60～75wt.％，搅拌速度为300～400rmp，搅拌时间为10～15min；

优选地，步骤(1)①b中，反应温度为79～85℃，搅拌速度为400～600rmp，稳定时间为10～20min，过硫酸钾溶液浓度为60～80mol/l；

优选地，步骤(1)①c中，反应时间为6～24h，干燥温度为70～85℃，干燥时间为4～10h，更有选地，反应时间为8～12h，干燥温度为80～85℃，干燥时间为4～6h。

优选地，所述步骤(1)②a所述溶剂质量，无水乙醇:二甲基乙酰胺:蒸馏水:十二烷基苯磺酸钠＝35～38:15～18:48～50:2～2.5。

优选地，所述步骤(1)②b中pi树脂分子量为9000～10000，各原料用量质量比例关系，pps:pi:ptfe&pmma:流剂:＝25～30:5～15:75～78:0.4～0.5:0.4～0.5；所述原料与溶剂的质量比＝3～4:10～12。

优选地，所述步骤(2)①中的试样表面粗糙度ra3～4μm。

优选地，所述步骤(2)②以5～7℃/min升温到80～100℃保温5～10min固化，之后以10～15℃/min升温到160～240℃保温15～30min烧结，最后以5～8℃/min冷速冷却至室温即可。

本发明与现有技术相比具有如下优点

(1)成型工艺简便、施工性强,制备成本低廉；

(2)pmma改性ptfe的与金属基材结合强度高,所制复合材料的机械强度大、使用寿命长；

(3)pmma改性ptfe的高耐磨自润滑涂层具有优良的自润滑性能(摩擦系数位0.04～0.07)、耐磨性能、稳定性和抗高温氧化性能。

附图说明

图1为本发明实施例1、2、3制备的涂层照片。

图2为本发明实施例1、2、3制备的涂层摩擦后表面形貌照片。

图3为本发明实施例1、2、3制备的涂层摩擦系数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要指出的是，以下实施例只适用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，与该领域相关的普通人员，对本发明进行的一些非本质的调整和改进，包括添加软金属或氧化物、硬质颗粒或纤维增强剂、自润滑性的润滑粒子仍属于本发明的保护范围。

实施例1

(1)pmma改性ptfe复合涂料的制备过程：

①pmma改性ptfe粉末的制备：

将20mlptfe纳米分散液加至烧瓶中,随后向烧瓶中加入500ml去离子水并在300rmp下搅拌15min，得到稀释后的ptfe纳米分散液；将稀释后的分散液加热至79℃，缓慢滴加20mlmma单体，400rmp下搅拌15min，之后加入10ml浓度为60mol/l的过硫酸钾水溶液，氩气氛围下反应12h，反复过滤、洗涤收集产物，80℃下干燥5h得到pmma改性ptfe粉末。

②pmma改性ptfe复合涂料的制备：

a、复合涂料的混合溶剂的制备：溶剂组成如下质量比例关系，无水乙醇:二甲基乙酰胺:蒸馏水:十二烷基苯磺酸钠＝38:15:49:2，搅拌混合均匀即可。

b、pmma改性ptfe复合涂覆液的制备：选用超细增韧pps树脂，分子量为10000的pi树脂，流平剂410，助膜剂加入上述混合溶剂中，其中各原料用量有如下质量比例关系，pps:pi:ptfe&pmma:流平剂:＝25:5:75:0.4:0.4；所述原料与溶剂的质量比＝3:10。

(2)pmma改性ptfe涂层的制备过程：

①试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理,使试样表面光洁度达到ra4μm，并用无水酒精超声清洗试样表面；

②利用匀胶机涂覆方法制备涂层，将步骤(1)②中b制备的溶液均匀涂覆试样表面；以5℃/min升温到80℃保温10min固化，之后以10℃/min升温到160℃保温30min烧结，最后以20℃/min冷速冷却至室温即可。

实施例2

(1)pmma改性ptfe复合涂料的制备过程：

①pmma改性ptfe粉末的制备：

将30mlptfe纳米分散液加至烧瓶中,随后向烧瓶中加入500ml去离子水并在400rmp下搅拌20min，得到稀释后的ptfe纳米分散液；将稀释后的分散液加热至85℃，缓慢滴加20mlmma单体，600rmp下搅拌20min，之后加入10ml浓度为74mol/l的过硫酸钾水溶液，氩气氛围下反应8h，反复过滤、洗涤收集产物，85℃下干燥4h得到pmma改性ptfe粉末。

②pmma改性ptfe复合涂料的制备：

a、复合涂料的混合溶剂的制备：溶剂组成如下质量比例关系，无水乙醇:二甲基乙酰胺:蒸馏水:十二烷基苯磺酸钠＝38:18:50:2.5，搅拌混合均匀即可。

b、pmma改性ptfe复合涂覆液的制备：选用超细增韧pps树脂，分子量为9000的pi树脂，流平剂410，助膜剂加入上述混合溶剂中，其中各原料用量有如下质量比例关系，pps:pi:ptfe&pmma:流平剂:＝30:15:78:0.5:0.5；所述原料与溶剂的质量比＝4:12。

(2)pmma改性ptfe涂层的制备过程：

①试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理,使试样表面光洁度达到ra4μm，并用无水酒精超声清洗试样表面；

②利用匀胶机涂覆方法制备涂层，将步骤(1)②中b制备的溶液均匀涂覆试样表面；以5℃/min升温到100℃保温10min固化，之后以10℃/min升温到200℃保温30min烧结，最后以20℃/min冷速冷却至室温即可。

实施例3

(1)pmma改性ptfe复合涂料的制备过程：

①pmma改性ptfe粉末的制备：

将40mlptfe纳米分散液加至烧瓶中,随后向烧瓶中加入500ml去离子水并在400rmp下搅拌15min，得到稀释后的ptfe纳米分散液；将稀释后的分散液加热至90℃，缓慢滴加20mlmma单体，600rmp下搅拌20min，之后加入10ml浓度为80mol/l的过硫酸钾水溶液，氩气氛围下反应6h，反复过滤、洗涤收集产物，90℃下干燥3h得到pmma改性ptfe粉末。

②pmma改性ptfe复合涂料的制备：

a、复合涂料的混合溶剂的制备：溶剂组成如下质量比例关系，无水乙醇:二甲基乙酰胺:蒸馏水:十二烷基苯磺酸钠＝35:18:50:2，搅拌混合均匀即可。

b、pmma改性ptfe复合涂覆液的制备：选用超细增韧pps树脂，分子量为10000的pi树脂，流平剂410，助膜剂加入上述混合溶剂中，其中各原料用量有如下质量比例关系，pps:pi:ptfe&pmma:流平剂:＝25:10:78:0.4:0.4，加入步骤a的混合溶剂中，搅拌均匀，其中，所述原料与溶剂的质量比＝3:11。

(2)pmma改性ptfe涂层的制备过程：

①试样的光洁度处理：对试样进行光洁度处理,使试样表面光洁度达到ra4μm，并用无水酒精超声清洗试样表面；

②利用静电喷涂方法制备涂层，将步骤(1)②中b制备的溶液均匀涂覆试样表面；以5℃/min升温到120℃保温10min固化，之后以10℃/min升温到240℃保温30min烧结，最后以20℃/min冷速冷却至室温即可。