α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法_4

文档序号:9779861阅读:来源:国知局
下水热反应24h;混合溶液水 热反应24h后,关闭电炉使其自然冷却至室温;待电炉自然冷却至室温后,从电炉中取出不 锈钢反应釜,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内混合溶液进行离心分离处理,离心机 转速为4000rpm/min,离心时间为IOmin,并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中 性;之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中,并在60°C下干燥处理12h;待沉淀 物干燥12h后,取出沉淀物并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末,即得到平均粒径为0.5μπι的 纳米α_二氧化猛-石墨稀复合材料;
[0077] (2)聚四氟乙烯粉末进行等离子体诱导接枝丙烯酸处理:
[0078] 采用HD-IA等离子体处理仪对聚四氟乙烯粉末进行等离子体处理,将8.5g预处理 的聚四氟乙烯粉末置于反应室内两电极间的载物台上,反应室一端与真空栗相连,另一端 连接进气系统,启动真空栗使反应室内工作气压保持在5Pa左右,通入氩气5min,待反应室 内气压稳定后,启动高频电源,在40V电压下处理60s,使其表面有C = C键生成,以利于后续 聚合反应的进行;处理完毕后,先关闭射频电源,然后再关闭进气气路和真空栗,取出样品 并在空气中放置25min;在通风橱内,将上述等离子体处理后的聚四氟乙烯粉末加入到100g 质量分数为10%的丙烯酸水溶液中,通入氮气作为保护气体,并在70°C下磁力搅拌,得到悬 浮液;搅拌反应28h后对悬浮液进行离心分离,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为 lOmin,并用去离子水反复清洗以去除聚四氟乙烯粉末表面上的丙烯酸单体,然后置于烘箱 中在70°C下干燥12h,即得到丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末;
[0079] (3)α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备:
[0080]① α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末的制备:
[0081]首先将1.5g纳米α-二氧化猛-石墨稀的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中并进 行超声振荡SOmin,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为30°C,使纳米α-二氧化锰-石 墨烯的粉末在无水乙醇中均匀分散;
[0082]然后将8.5g丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米α-二氧化锰-石墨 烯粉末的乙醇溶液中,室温下磁力搅拌140min,使丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末与纳 米α_二氧化锰-石墨烯粉末在乙醇溶剂中均匀分散,制得α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯 乙醇混合溶液;
[0083]将制备的α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中,于l〇〇°C温 度下干燥处理24h,即制得α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末;
[0084]②α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料进行成型处理:
[0085]首先将α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末倒入型号为Υ04-50的冷模压模 具中进行压制成型,压制压力为40Mpa,压制时间为16min;待混合粉末压制处理后,将其从 冷模压模具中取出,对其进行修整去除毛刺,使其光滑平整,制得直径为43.5mm、厚度为 3.2_的圆盘状α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片;
[0086]将修整后的α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片置于温控电 炉中进行热处理,首先将电炉温度自室温以l°C/min的升温速率升至375°C,并在375°C保温 30min;然后将电炉温度由375°C降温到200°C,此降温过程所需时间为30min,电炉在200°C 保温30min;最后关闭电炉电源,使其温度由200°C自然冷却至室温,待电炉温度自然冷却至 室温后,将热处理后的薄片取出,即得到α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材 料。
[0087] 实施例4
[0088] (1)纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料的制备:
[0089]①石墨烯粉末的制备:
[0090]将90g质量浓度为98%的浓硫酸加入到容积为500mL三颈烧瓶中,采用冰水浴冷却 使其温度保持在〇~5°C之间;然后加入4g粒径为30μηι的石墨粉末,采用冰水浴控制三颈烧 瓶内混合溶液温度不高于5°C,磁力搅拌混合溶液90min,使其混合均匀;之后再将9g高锰酸 钾固体粉末按等质量分为3份,在Ih内将其分3批次缓慢地加入到混合溶液中,每批次高锰 酸钾固体粉末加入的时间为15min;最后,待3份高锰酸钾固体粉末全部加入后,将三颈烧瓶 置于型号为SDC-6的低温恒温槽内,控制三颈烧瓶内混合溶液的温度为15°C,并搅拌混合溶 液30min;混合溶液搅拌反应30min后,将三颈烧瓶从SDC-6型低温恒温槽中取出,应用型号 为HH-S 4的数控恒温水浴锅控制三颈烧瓶内混合溶液的温度为33°C,此温度下混合溶液搅 拌反应2h,得到颜色为褐色的悬浮浑浊液,然后采用滴液漏斗将98g去离子水缓慢滴入到褐 色的悬浮浑浊液中;待去离子水加入完毕,体系温度会骤然升高至90°C,将悬浮浑浊液在90 °(3温度下搅拌反应30min,之后向悬浮浑浊液中缓慢加入30g质量浓度为30%的过氧化氢, 此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液;然后将悬浮液趁热过滤,用质量浓度为5 % 的稀盐酸溶液充分洗涤滤饼,再用去离子水将金黄色产物洗涤至中性并于80°C温度下烘 干;将4g烘干后的氧化石墨粉加入到130g去离子水中,得到氧化石墨分散液;之后将氧化石 墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理2h,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度 为30°C;氧化石墨分散液超声波处理后,加入5g质量浓度为50 %的水合肼和9g质量浓度为 25%的氨水,机械搅拌60min,然后对所得悬浮液进行离心处理,离心机转速为4000rpm/ min,离心时间为lOmin,并用去离子水洗涤至中性后置于冰箱中冷冻干燥12h,即得到凝胶 态石墨烯;将干燥后的凝胶态石墨烯置于型号为SPEX 8000高能量球磨机中进行研磨,球磨 机中的转速为1425rpm/min,研磨处理时间为15min;即得到平均粒径为O . 5μηι的石墨稀粉 末;
[0091] ②石墨烯粉末的氨基化处理:
[0092] 将上述制得的石墨烯粉末分散至800g N,N_二甲基乙酰胺溶液中,并将混合溶液 进行超声波处理120min,超声波频率为40kHz ;然后加入6g乙二胺,在80°C下磁力搅拌18h; 待混合溶液反应完全后,将反应后混合溶液真空抽滤,并用去离子水洗涤至中性,最后在60 °C下干燥IOh,即得氨基化石墨烯;
[0093] ③纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料的制备:
[0094]将2g硫酸锰固体粉末加入到20g去离子水中,并在室温下磁力搅拌使硫酸锰固体 粉末充分溶解,待硫酸锰固体粉末完全溶解后,将氨基化石墨烯粉末加入混合溶液中,并将 所得混合溶液进行超声波处理60min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为30°C;然后 在超声波处理的混合溶液中加入2g高锰酸钾固体粉末,室温下搅拌使高锰酸钾固体粉末全 部溶解;待高锰酸钾固体粉末全部溶解后,将混合溶液转移到容积为25mL、内衬层为聚四氟 乙烯的不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内 的温度为150°C,使不锈钢反应爸中的混合溶液在此温度下水热反应24h;混合溶液水热反 应24h后,关闭电炉使其自然冷却至室温;待电炉自然冷却至室温后,从电炉中取出不锈钢 反应釜,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内混合溶液进行离心分离处理,离心机转速 为4000rpm/min,离心时间为IOmin,并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性;之 后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中,并在60°C下干燥处理12h;待沉淀物干燥 12h后,取出沉淀物并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末,即得到平均粒径为0.5μπι的纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料;
[0095] (2)聚四氟乙烯粉末进行等离子体诱导接枝丙烯酸处理:
[0096]采用HD-IA等离子体处理仪对聚四氟乙烯粉末进行等离子体处理,将Sg预处理的 聚四氟乙烯粉末置于反应室内两电极间的载物台上,反应室一端与真空栗相连,另一端连 接进气系统,启动真空栗使反应室内工作气压保持在5Pa左右,通入氩气5min,待反应室内 气压稳定后,启动高频电源,在40V电压下处理60s,使其表面有C = C键生成,以利于后续聚 合反应的进行;处理完毕后,先关闭射频电源,然后再关闭进气气路和真空栗,取出样品并 在空气中放置30min;在通风橱内,将上述等离子体处理后的聚四氟乙烯粉末加入到100g质 量分数为10%的丙烯酸水溶液中,通入氮气作为保护气体,并在70°C下磁力搅拌,得到悬浮 液;搅拌反应30h后对悬浮液进行离心分离,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为lOmin, 并用去离子水反复清洗以去除聚四氟乙烯粉末表面上的丙烯酸单体,然后置于烘箱中在70 °C下干燥12h,即得到丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末;
[0097] (3)α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备:
[0098]① α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末的制备:
[0099]首先将2g纳米α-二氧化锰-石墨烯的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中并进行 超声振荡90min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为35°C,使纳米α-二氧化锰-石墨 烯的粉末在无水乙醇中均匀分散;
[0100]然后将Sg丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米α-二氧化锰-石墨烯 粉末的乙醇溶液中,室温下磁力搅拌150min,使丙烯酸接枝处理的聚四氟乙烯粉末与纳米 α-二氧化锰-石墨烯粉末在乙醇溶剂中均匀分散,制得α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯乙 醇混合溶液;
[0101] 将制备的α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中,于100°C温 度下干燥处理24h,即制得Ct-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯混合粉末;
[0102] ②α-二氧化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料进行成型处理:
[0103]首先将α-
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