一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 聚四氟乙烯涂料由于氟碳键的超强强度而具有良好的物理化学稳定性，但其与金 属的附着性较差，尤其是在高温受热时候，由于涂覆层中不可避免的缺陷而导致的涂层表 面热涨落，会加剧聚四氟乙烯涂料与金属基地的脱离，在锐利器具的作用下非常容易发生 脱落而失去效用。而且在聚四氟乙烯涂料的生产和使用过程中，常常需要添加分散剂全氟 辛酸盐，其对人体有害，并且已有研究表明其具有明显的致癌效果。相比于传统的聚四氟乙 烯涂料，聚醚醚酮（PEEK)涂覆生产过程中无需预先涂过渡层，大大简化了施工工艺。而且 聚醚醚酮（PEEK)涂覆生产过程中所使用的溶剂大部分可以进行回收再利用，从节约能源 和环境保护的角度上也具有强大优势。
[0003] 聚醚醚酮（PEEK)作为一种特种高分子材料，具有耐高温、耐多重化学腐蚀的优良 性能，尤其是对交变应力下的抗疲劳性非常突出。另外，聚醚醚酮（PEEK)具有优良的滑动 特性，而且涂覆性能非常好，适用于多种材料表面，具有自润滑性能。聚醚醚酮（PEEK)的涂 层牢固，即使使用锐利的器具摩擦刮蹭也不会照成明显的划伤或者脱落，而且涂层本身的 延展性也不会受到明显影响。结合这些优点，聚醚醚酮（PEEK)非常适用于作为一种不粘锅 涂料。
[0004] 作为一类结晶高分子，聚醚醚酮（PEEK)具有高温流动性好，热分解温度高的特 点，可采用多种加工方式，并且操作方便，工序简单。但通常聚醚醚酮（PEEK)材料的导热性 较差，在不粘锅涂料的应用上是很大的缺陷。而且现有工艺一般需要将聚醚醚酮（PEEK)先 加工成细粉料，利用空气喷涂设备喷涂到基底材料上后进行烧结，工艺较为复杂，而且粉 尘危害性大。
[0005] 虽然聚醚醚酮（PEEK)具有自润滑性能，但其摩擦因数相较于传统的不粘锅涂料 聚四氟乙烯仍是偏大。聚四氟乙烯、聚苯硫醚、碳纤维、玻璃纤维等材料常被利用于改性聚 醚醚酮（PEEK)以期获得功能上的增强，但由于改性材料往往尺寸粗大，在摩擦过程中容易 损伤本体材料，并不利于提高涂料本身的耐磨性以及润滑性。中国专利CN100398605B利 用钛基晶须来改善聚醚醚酮复合材料的抗磨减摩性能，尽管通过添加改性钛基晶须改善了 PEEK复合材料的力学及抗磨性能，但是钛基晶须的用量较大，导致复合材料的加工困难。
[0006] 中国专利CN200610040090. 2公开了一种聚醚醚酮复合材料及其制备方法，该方 法是将聚醚醚酮与无机材料复合后，通过注射法或模压烧结法成型复合材料。该方法所 使用的无机材料二硫化钼、三氧化二铝、铜粉、二氧化硅或不锈钢粉与聚醚醚酮的相容性较 差，因此这些无机材料并不能很好地分散在聚醚醚酮涂层中，容易发生团聚而降低涂层性 能。并且该方法工艺过程复杂，操作难度较大。
【发明内容】
[0007] 本发明解决的技术问题在于提供一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料及其制备方法，制 备的石墨烯聚醚醚酮复合涂料的导热性、耐磨性和润滑性良好，制备工艺简单。
[0008] 有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料，由以下原料制备：
[0009]
[0010] 优选的，所述缩合剂为碳酸钠和/或碳酸钾。
[0011] 优选的，所述表面活性剂为DP-518分散剂、DC-3AD改性聚硅氧烷和Z-6070烷基 硅烷中一种或几种。
[0012] 相应的，本发明还提供一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料的制备方法，包括以下步骤： 将环丁砜、4,4'-二氟二苯甲酮和对苯二酚混合，然后加入二甲苯，加热搅拌后加入缩合 剂，升温至150~180°C下反应，逐渐升温至240~260°C保温10~15分钟，除去二甲苯，继 续升温至290~310°C反应，加入石墨烯，在290~310°C下反应后得到前料；将所述前料、 表面活性剂和八苯基-POSS混合，得到石墨烯聚醚醚酮复合涂料。
[0013] 优选的，所述缩合剂为碳酸钠和/或碳酸钾。
[0014] 优选的，所述表面活性剂为DP-518分散剂、DC-3AD改性聚硅氧烷和Z-6070烷基 硅烷中一种或几种。
[0015] 优选的，所述4,4'-二氟二苯甲酮为20~25重量份，对苯二酚为40~50重量 份，缩合剂为80~100重量份，石墨烯为0. 1~5重量份。
[0016] 优选的，所述表面活性剂为1~5重量份，八苯基-POSS为0. 1~0. 3重量份。
[0017] 优选的，所述得到前料步骤具体为：将环丁砜、4,4'-二氟二苯甲酮和对苯二酚 混合，然后加入二甲苯，加热搅拌后加入缩合剂，升温至150~180°C下反应lh，逐渐升温至 250°C保温10~15分钟，除去二甲苯，继续升温至300°C反应2~3h，加入石墨烯，在300°C 下反应1~2h后得到前料。
[0018] 相应的，本发明还提供一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料的使用方法，包括以下步骤： 将上述技术方案制备的石墨烯聚醚醚酮复合涂料涂覆于基底材料上，除去溶剂和无机盐， 然后在160~200°C下干燥，升温至380~400°C下烧结，得到表面涂覆有聚醚醚酮的基底 材料。
[0019] 本发明提供了一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料及其制备方法，由以下原料制备：4， 4'-二氟二苯甲酮、对苯二酚、缩合剂、表面活性剂、石墨烯和八苯基-P0SS。与现有技术相 比，本发明在复合涂料制备过程中直接加入导热性能优异良好的石墨烯填料，不仅提高复 合涂料的导热性，而且石墨烯本身极好的力学性能以及结构增强性能，使复合涂料的韧性 以及其他机械性能进一步提升。本发明添加的助润滑剂八苯基-POSS作为一种尺寸固定， 物理性质稳定的纳米功能材料，不仅与聚醚醚酮（PEEK)本体、石墨烯的相容性很好，而且 也易溶于有机溶剂中，只需要少量的加入，不仅可以有助于辅助石墨烯填料的分散，而且可 以作为一种纳米球形助润滑剂，提高涂层的耐磨性以及润滑性；并且本发明生产工艺较现 有工艺简单，可操作性强。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明制备的聚醚醚酮涂料的摩擦系数曲线图；
[0021] 图2为本发明制备的聚醚醚酮涂料的抗磨损性能曲线图；
[0022] 图3为本发明制备的聚醚醚酮涂料的热失重测试曲线图；
[0023] 图4为本发明实施例8制备的聚醚醚酮涂料的原子力显微图像；
[0024] 图5为本发明实施例9制备的聚醚醚酮涂料的原子力显微图像；
[0025] 图6为本发明实施例10制备的聚醚醚酮涂料的原子力显微图像。
【具体实施方式】
[0026] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0027] 本发明实施例公开了一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料，由以下原料制备：
[0028]
[0029] 本发明提供了一种石墨烯/聚醚醚酮复合导热不沾涂料，通过添加石墨烯填 料达到极大程度提高涂料层导热能力的目的，并且石墨烯与聚醚醚酮相容性较普通无机 填料如氮化硅、氮化铝等其他无机盐或者铜粉、锌粉等金属粉末好很多，在助润滑剂八苯 基-POSS的辅助下，在高温使用过程中也不容易发生明显的宏观相分离，而且受热分布均 匀，可以长期保持涂层微相稳定，从而达到延长使用寿命的目的。
[0030] 作为优选方案，所述4,4'-二氟二苯甲酮与对苯二酚的摩尔比优选为 1 : 0.95~1.05,更优选为1 : 0.97~0.99,以保证聚醚醚酮分子含有氟端基，从而具 有更好的热稳定性。所述缩合剂与对苯二酚的摩尔比优选为1 : 0.45~0.5,更优选为 1 : 0. 4~0. 42,以保证反应充分进行，原料得到充分转化，以提高聚醚醚酮的机械性能并 且尽量减少副反应的发生。
[0031] 作为优选方案，所述缩合剂优选为碳酸钠和/或碳酸钾。所述表面活性剂优选为 DP-518分散剂、DC-3AD改性聚硅氧烷和Z-6070烷基硅烷中一种或几种。
[0032] 所述八苯基-POSS的结构式如式I所示：
[0033]
[0034] 相应的，本发明还提供一种石墨烯聚醚醚酮复合涂料的制备方法，包括以下步骤： 将环丁砜、4,4'-二氟二苯甲酮和对苯二酚混合，然后加入二甲苯，加热搅拌后加入缩合 剂，升温至150~180°C下反应，逐渐升温至240~260°C保温10~15分钟，除去二甲苯， 继续升温至290~310°C反应，加入石墨烯，在290~310°C下反应后得到前料；将所述前 料、表面活性剂和八苯基-POSS混合，得到石墨烯聚醚醚酮复合涂料。
[0035] 作为优选方案，所述缩合剂为碳酸钠和/或碳酸钾。所述表面活性剂优选为 DP-518分散剂、DC-3AD改性聚硅氧烷和Z-6070烷基硅烷中一种或几种。优选的，所述4， 4'-二氟二苯甲酮为20~25重量份，对苯二酚为40~50重量份，缩合剂为80~100重 量份，石墨烯为0. 1~5重量份。所述表面活性剂为1~5重量份，八苯基-POSS为0. 1~ 〇. 3重量份。
[0036] 作为优选方案，所述4,4'-二氟二苯甲酮与对苯二酚的摩尔比优选为 1 : 0.95~1.05,更优选为1:0.97~0.99,以保证聚醚醚酮分子含有氟端基，从而具 有更好的热稳定性。所述缩合剂与对苯二酚的摩尔比优选为1:0.45~0.5,更优选为 1 : 0. 4~0. 42,以保证反应充分进行，原料得到充分转化，以提高聚醚醚酮的机械性能并 且尽量减少副反应的发生。
[0037] 作为优选方案，所述得到前料步骤具体为：将环丁砜、4,4'-二氟二苯甲酮和对 苯二酚混合，然后加入二甲