一种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，其主要是首先制备了纳米石墨烯，并对其进行氨基化处理，然后将聚四氟乙烯粉末通过等离子体处理后接枝丙烯酸，之后应用水热合成技术制备了纳米α‑二氧化锰‑石墨烯复合材料，最后制得了制备α‑二氧化锰‑石墨烯‑聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料所用的混合粉末，并对混合粉末进行冷模压成型和系列热处理，制备了α‑二氧化锰‑石墨烯‑聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。应用本发明专利技术技术制备的复合材料具有摩擦系数小、磨损率低、机械强度大、热稳定性高、使用寿命长的优点，其可应广泛用于化工、机械、航空航天等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料
，特别涉及一种耐磨减摩复合材料的制备方法。
技术介绍
随着现代科学技术和生产规模化的飞速发展，机械成型与制造、化学化工和航空 航天等领域对设备零部件各方面的要求日趋严格。在生产过程中，零部件摩损的问题日益 突出，导致部分零件的寿命变短，从而阻碍了工业大规模生产的正常进行。因此，提高机械 零件材料的摩擦磨损性能成为近年来亟待解决的问题。高分子聚合物自润滑复合材料由于 具有高强轻质、润滑和减摩性能优良等优点，成为具有发展前景的耐磨减摩复合材料。 聚四氟乙烯由于具有摩擦系数低、热稳定性强和耐化学腐蚀性能优良等优点，常 作为一种性能优良的自润滑材料广泛应用于航空航天、石油化工、机械、电子、环保等领域。 但是聚四氟乙烯耐磨性能差、机械强度低、导热性能差，继而缩短了材料的寿命，限制了其 在工业生产中的应用。为了提高聚四氟乙烯的综合性能，拓展其在摩擦学领域的应用，国内 外学者对聚四氟乙烯的改性做了 一系列的研究，主要包括填充改性和表面改性。填充改性 是指在基体材料中添加具有特殊性能的填料，来改善基体材料的硬度及耐磨性能；而表面 改性是通过各种方法增加基体材料的表面能，改善其粘结性以及相溶性。公开号为 CN103897304A的专利公开了 一种石墨稀-纳米聚四氟乙稀复合填料及其制备方法和应用， 首先将石墨烯氨基化、纳米聚四氟乙烯羧基化，然后通过改性石墨烯上的氨基和改性聚四 氟乙烯上的羧基发生缩合反应，使这两种改性后的材料通过共价键链接;采用该方法制备 的复合填料能够均匀地分散在聚合物基体中，不仅提高了聚合物的摩擦性能，同时增强了 其力学和热力学性能；但该专利技术存在制备成本高，制备过程复杂的缺陷。公开号为 CN101367278A的专利以聚四氟乙烯、青铜粉、玻璃纤维、铁的氧化物和电解铜粉为原料，首 先将青铜粉混合均匀后涂在带有电镀层的钢板上，经750~930°C高温烧结并乳平，然后将 聚四氟乙烯、玻璃纤维、铁的氧化物和电解铜粉混合均匀后涂在其表面进行复合乳制，再送 入氮气保护中以350~460°C高温烧结，最终制得一种环保型自润滑材料;该专利技术制备方法 简单，具有良好的自润滑性能和耐磨性能；但该专利中材料的相容性差，并且机械强度较 低。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种耐磨和减摩性能优良的。本专利技术主要是先制备石墨烯 并对其进行氨基化处理，然后制备纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料粉体，之后将其与接枝 丙烯酸的聚四氟乙烯超细粉末均匀共混，经冷压成型和系列热处理工序，最终制得二氧 化锰-石墨烯-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。 本专利技术的制备方法如下： (1)纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料的制备： ①所用化学原料： 质量浓度为98 %的浓硫酸、硫酸锰、高锰酸钾、石墨超细粉末、质量浓度为30 %的 过氧化氢、质量浓度为50 %的水合肼、质量浓度为25 %的氨水、N，N-二甲基乙酰胺、乙二胺， 石墨粉末的粒径为30μπι;其用量有如下质量比例关系：浓硫酸:硫酸锰:高锰酸钾:石墨粉 末:过氧化氢：水合肼:氨水:Ν，Ν-二甲基乙酰胺：乙二胺=80~90:1~2:7~11:2~4:20~ 30:2~5:6~9:500~800:3~6; ②石墨烯粉末的制备： a、将浓硫酸加入到容器中，采用冰水浴冷却使其温度保持在〇~5°C之间；然后加 入石墨粉末，采用冰水浴控制容器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;之后再将质量分数为82~86%的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10~ 15min;最后，待3份高锰酸钾固体粉末全部加入后，将容器置于低温恒温槽内，控制容器内 混合溶液的温度为12~15°C，并搅拌混合溶液30min; b、将步骤a的容器从低温恒温槽中取出，应用数控恒温水浴锅控制容器内混合溶 液的温度为27~33°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 采用滴液漏斗将去离子水缓慢滴入到褐色的悬浮浑浊液中，去离子水与悬浮浑浊液的体积 比为1.9~2.0:1;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°C 温度下搅拌反应20~30min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入质量浓度为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;然后将氧化石墨分散液趁热过滤，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滤饼洗涤至中性并于80°C温 度下烘干； c、将烘干后的氧化石墨粉加入到去离子水中，去离子水与氧化石墨粉的质量比为 33~50:1，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20~30°C;氧化石墨分散液超声波处理 后，加入质量浓度为50 %的水合肼和质量浓度为25 %的氨水，机械搅拌45~60min，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IOmin，并用去离子水将 悬浮液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； d、将干燥后的凝胶态石墨烯置于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10~15min;即得到平均粒径为0.5μηι的石墨稀粉末；③石墨烯粉末的氨基化：将步骤②制得的石墨烯粉末分散至N，N-二甲基乙酰胺溶液中，并将混合溶液进行 超声波处理60~120min，超声波频率为40kHz;然后加入乙二胺，在80°C下磁力搅拌12~ 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； ④纳米α-二氧化锰-石墨烯复合材料的制备： 按硫酸锰与去离子水的质量比=1-2:20的比例，将硫酸锰固体粉末加入到去离子 水中，并在室温下磁力搅拌使硫酸锰固体粉末充分溶解，将步骤③制得的氨基化石墨烯粉 末加入混合溶液中，并将所得混合溶液进行超声波处理30~60min，超声波频率为40kHz，超 声波水浴的温度为20~30°C;然后在超声波处理的混合溶液中加入质量分数为14~18%的 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;将混合溶液转移到不锈钢 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，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室 温，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lOmin，并用去离子水离心洗涤所得到 的沉淀物至中性;之后将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； (2)聚四氟乙烯粉末的等离子体诱导接枝丙烯酸处理：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，将预处理的聚 四氟乙烯粉末置于反应室内两电极间的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种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，所述方法包括如下步骤：(1)纳米α‑二氧化锰‑石墨烯复合材料的制备：①所用化学原料：质量浓度为98％的浓硫酸、硫酸锰、高锰酸钾、石墨超细粉末、质量浓度为30％的过氧化氢、质量浓度为50％的水合肼、质量浓度为25％的氨水、N，N‑二甲基乙酰胺、乙二胺，石墨粉末的粒径为30μm；其用量有如下质量比例关系：浓硫酸：硫酸锰：高锰酸钾：石墨粉末：过氧化氢：水合肼：氨水：N，N‑二甲基乙酰胺：乙二胺＝80～90：1～2：7～11：2～4：20～30：2～5：6～9：500～800：3～6；②石墨烯粉末的制备：a、将浓硫酸加入到容器中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后加入石墨粉末，采用冰水浴控制容器内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅拌混合溶液90min，使其混合均匀；之后再将质量分数为82～86％的高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，在1h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10～15min；最后，待3份高锰酸钾固体粉末全部加入后，将容器置于低温恒温槽内，控制容器内混合溶液的温度为12～15℃，并搅拌混合溶液30min；b、将步骤a的容器从低温恒温槽中取出，应用数控恒温水浴锅控制容器内混合溶液的温度为27～33℃，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去离子水缓慢滴入到褐色的悬浮浑浊液中，去离子水与悬浮浑浊液的体积比为1.9～2.0：1；待去离子水加入完毕，体系温度会骤然升高至90℃，将悬浮浑浊液在90℃温度下搅拌反应20～30min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入质量浓度为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；然后将氧化石墨分散液趁热过滤，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滤饼洗涤至中性并于80℃温度下烘干；c、将烘干后的氧化石墨粉加入到去离子水中，去离子水与氧化石墨粉的质量比为33～50：1，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20～30℃；氧化石墨分散液超声波处理后，加入质量浓度为50％的水合肼和质量浓度为25％的氨水，机械搅拌45～60min，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10min，并用去离子水将悬浮液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；d、将干燥后的凝胶态石墨烯置于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10～15min；即得到平均粒径为0.5μm的石墨烯粉末；③石墨烯粉末的氨基化：将步骤②制得的石墨烯粉末分散至N，N‑二甲基乙酰胺溶液中，并将混合溶液进行超声波处理60～120min，超声波频率为40kHz；然后加入乙二胺，在80℃下磁力搅拌12～18h；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℃下干燥10h，即得氨基化石墨烯；④纳米α‑二氧化锰‑石墨烯复合材料的制备：按硫酸锰与去离子水的质量比＝1‑2：20的比例，将硫酸锰固体粉末加入到去离子水中，并在室温下磁力搅拌使硫酸锰固体粉末充分溶解，将步骤③制得的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30～60min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；然后在超声波处理的混合溶液中加入质量分数为14～18％的高锰酸钾固体粉末，室温下搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解；将混合溶液转移到不锈钢反应釜中，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℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温，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10min，并用去离子水离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，并在60℃下干燥处理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0.5μm的纳米α‑二氧化锰‑石墨烯复合材料；(2)聚四氟乙烯粉末的等离子体诱导接枝丙烯酸处理：采用HD‑1A等离子体处理仪对聚四氟乙烯粉末进行等离子体处理，将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，反应室一端与真空泵相连，另一端连接进气系统，启动真空泵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...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋来洲，杨育林，韩康达，张英莉，左镇，李飞，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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