一种耐磨防腐的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的制备方法与流程

1.本发明属于复合涂层材料制备的技术领域，具体涉及一种耐磨防腐的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的制备方法。


背景技术：

2.超滑移涂层是基于在应用中要求物体表面对于水等液体表现出低黏附性和高的滑动性能研究出的复合材料，适用于集水集雾、自清洁、光热除冰等领域。超滑移涂层依靠低的表面能和光滑的表面来实现“滑液拒液”效果，符合要求的廉价氟化物润滑液被应用于制备超滑移涂层，这使得制备出的超滑移涂层既污染环境又不耐用，难以得到实际应用。
3.耐磨防腐涂层是保证机械器具稳定使用和运行的重要保护性材料，适用于元器件、船舶、航空航天、土木工程、医用器械等领域，且需求量相当大，需求性能持续增高，为满足各种工况、长时间下耐磨损，多种恶劣环境耐腐蚀的高级需求，耐磨防腐涂层一直在推陈出新。但是，根据涂层覆盖基底和应用领域的不同，很难制造出普适性很强的耐磨耐腐涂层，适用于多种工况和多类复杂环境的涂层也亟待研发。
4.环氧树脂是一种高分子聚合物，它是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。其中双酚a型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。双酚a型环氧树脂具有优良的物理机械和电绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性，并且具有良好的附着力。石墨烯作为新型的二维纳米材料，具有优异的力学性能和抗磨性能，本征强度高达130gpa，而且独特的二维平面结构，使得片层之间的剪切力很小，摩擦系数极低，具有比富勒烯、碳纳米管、石墨等碳质材料更稳定的减摩抗磨性。气相二氧化硅俗称气相白炭黑，由于是超细纳米级，因此具有许多独特的性质，如：能提高其他材料的抗老化、强度和耐化学性能。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种耐磨防腐的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的制备方法，能够提高环氧树脂基超滑移涂层的耐磨防腐性能。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种耐磨防腐的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1、制备a组分：
9.按质量百分比将55％
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65％环氧树脂、33％
‑
40％固化剂和2％
‑
5％气相二氧化硅按照以下顺序混合：先向无水乙醇中加入环氧树脂和固化剂，搅拌使其分散均匀，再加入气相二氧化硅，超声分散，制得a组分；
10.步骤2、制备b组分：
11.按质量百分比将90％
‑
94％环氧树脂、2％
‑
4％单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和4％
‑
6％二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷按照以下顺序混合：先向无水乙醇中加入环氧树脂，搅拌使其分散均匀，再加入单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，超声分散，制得b组分；
12.步骤3、制备c组分：
13.按质量百分比将88％
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90％的固化剂、10％
‑
12％石墨烯/聚多巴胺粉末按照以下顺序混合：先向无水乙醇中加入固化剂，搅拌使其分散均匀，再加入石墨烯/聚多巴胺粉末超声分散，制得c组分；
14.其中，石墨烯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g石墨烯粉末加入tris缓冲液中并超声分散，再加入0.2g盐酸多巴胺后搅拌均匀，离心提纯后再烘干，制得石墨烯/聚多巴胺粉末；
15.步骤4、制备石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层：
16.首先，将a组分加入喷涂设备中，进行喷涂；接着，将涂层第一次固化；再接着，按照质量比1：(0.6～1)将b组分和c分混合，搅拌使其分散均匀后得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，喷涂至固化后的a组分涂层上；最后，将涂层第二次固化，即可得到石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层。
17.进一步地，所述步骤1还加入了石墨烯/聚多巴胺粉末，其占a组分的质量百分比不高于3％。
18.进一步地，所述步骤2还加入了三甲基硅氧烷封端聚二甲基硅氧烷，其占b组分的质量百分比不高于4％。
19.进一步地，所述步骤3还加入了气相二氧化硅，其占c组分的质量百分比不高于4％。
20.进一步地，所述步骤4中第一次固化是在120℃下固化10
‑
15min或在通风无尘环境下静置两小时。
21.进一步地，所述步骤4中第二次固化是在120℃下固化两小时。
22.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
23.本发明利用环氧树脂优异的物理机械和电绝缘性能以及良好的附着力，以及单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷与双酚a型环氧树脂发生开环聚合反应有序且致密的连接在一起，在涂层表面会形成致密的聚二甲基硅氧烷链刷，赋予涂层超滑的性能，同时，石墨烯/聚多巴胺上的氨基可以起到与环氧树脂固化剂相同的效果，使得石墨烯紧密结合环氧树脂基体，增强涂层的强度、稳定性和耐磨性以及气相二氧化硅的抗老化、强度和耐化学性能。可见，制备出的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层，具有良好得耐磨性能、防腐蚀性能和超滑移性能，而且可操控性较好。
附图说明
24.图1：本发明在1060铝板上喷涂有石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的照片；
25.图2：本发明石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层扫面电子显微镜图；
26.图3：本发明实施例1
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实施例3中石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在
10n载荷下利用旋转摩擦机摩擦1小时得到的动态摩擦系数图；
27.图4：本发明石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在10n载荷下利用旋转摩擦机摩擦1小时磨痕的光镜图；
28.图5：石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层的宏观水滑动性能表现照片；
29.图6：本发明实施例1
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实施例3中以1060铝板为基底的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在3.5wt％的nacl溶液中进行电化学测试得到的的电位动力学极化曲线图；
30.图7：本发明实施例1
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实施例3中以1060铝板为基底的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在3.5wt％的nacl溶液中进行电化学测试得到的奈奎斯特图；
31.图8：本发明实施例1
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实施例3中以1060铝板为基底的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在3.5wt％的nacl溶液中进行电化学测试得到的相位角。
32.图9：本发明实施例1
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实施例3中以1060铝板为基底的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层在3.5wt％的nacl溶液中进行电化学测试得到的波特系数图。
具体实施方式
33.以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
34.实施例1
35.基体的前处理：试样底材为1060铝板，无水乙醇擦拭后立刻喷涂；
36.步骤1、制备a组分：
37.在1000ml烧杯中加入22g dy
‑
e44型环氧树脂，15g dy
‑
e6012型固化剂和400ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以2000r/min的转速搅拌分散40min，再加入2g气相二氧化硅和1g聚多巴胺粉末，超声分散25min，制得涂层a组分；
38.步骤2、制备b组分：
39.在1000ml烧杯中加入30g dy
‑
e44型环氧树脂和300ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1500r/min的转速搅拌分散40min，再加入1g单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和1.5g二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，超声分散15min，制得涂层b组分；
40.步骤3、制备c组分：
41.在500ml烧杯中加入18g dy
‑
e6012型固化剂和200ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1200r/min的转速分散30min，再加入2g石墨烯/聚多巴胺粉末，超声分散25min，制得涂层c组分；
42.其中，石墨烯/聚多巴胺粉末的制备方法是：将0.2g石墨烯粉末和100ml tris缓冲液加至250ml的烧杯中，超声分散30min，再加入0.2g盐酸多巴胺，搅拌18
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24h，离心提纯后，在60℃下烘干4小时，即可得到石墨烯/聚多巴胺粉末；
43.步骤4、制备石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层：
44.首先，将a组分加入喷涂设备中，在1200psi的压强下进行喷涂；接着，将涂层在通风无尘环境下静置两小时；再接着，按照质量比1：1将b组分和c组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速分散45min得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，在1500psi的压强下喷涂至静置后的a组分涂层上；最后，将涂层在120℃下固化两小时，即可得到石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层。
45.实施例2
46.采用如实施例1所述的方式，对基体进行前处理、步骤1中a组分的制备和步骤3中c组分的制备；
47.步骤2、制备b组分：
48.在1000ml烧杯中加入33g dy
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e44型环氧树脂和300ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1500r/min的转速搅拌分散40min，再加入1.2g单缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷，1.5g二缩水甘油醚封端聚二甲基硅氧烷和0.8g三甲基硅氧烷封端聚二甲基硅氧烷，超声分散18min，制得涂层b组分；
49.步骤4：制备石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层：
50.首先，将a组分加入喷涂设备中，在1300psi的压强下进行喷涂；接着，将涂层在通风无尘环境下静置两小时；再接着，按照质量比1：0.6将b组分和c组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速搅拌分散50min得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，在1600psi的压强下喷涂至静置后的a组分涂层上；最后，将涂层在120℃下固化两小时，即可得到石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层。
51.实施例3
52.采用如实施例1所述的方式，对基体进行前处理、步骤1中a组分的制备、步骤2中b组分的制备和步骤3中墨烯/聚多巴胺粉末的制备；
53.步骤3、制备c组分：
54.在500ml烧杯中加入18g dy
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e6012型固化剂和200ml无水乙醇，在磁力搅拌器上以1200r/min的转速分散30min，再加入2.4g石墨烯/聚多巴胺粉末，超声分散25min，制得涂层c组分；
55.步骤4、制备石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层：
56.首先，将a组分加入喷涂设备中，在1400psi的压强下进行喷涂；接着，将喷涂有a组分的涂层在120℃下固化10min；再接着，按照质量比1：0.8将b组分和c组分混合，在磁力搅拌上以2000r/min的转速搅拌分散60min得到混合物；然后，将所述混合物加入喷涂设备中，在1700psi的压强下喷涂至静置后的a组分涂层上；最后，将涂层在120℃下固化两小时，即可得到石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层。
57.从图1、图2、图5可以看出本发明制备的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层平整光滑而且疏液，具有良好的滑移性能；从图4可以看出，在10n载荷下摩擦1小时后涂层依旧完整，只在涂层表面留下轻微磨痕，耐磨损能力高于大多数的超滑涂层；从图3可看出实施例1
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实施例3制备涂层的动态摩擦系数随时间没有明显增加，平均摩擦系数维持0.12
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0.15，目前大部分的聚合物基超滑涂层在同条件下的摩擦系数一般为0.18左右，说明本发明制备的石墨烯/二氧化硅/环氧树脂超滑移复合涂层具有更优良的减磨性能；从图6
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图9可看出，本发明制备的涂层对于铝基底起到了很好的防腐效果，在电化学实验中测得的阻抗相比于目前市面上的聚合物基超滑涂层高出1
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2个数量级，展现了其优良的抗腐蚀性能。