Page 64 - 涂层与防护2019-02
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张新海，等：石墨烯及衍生物在耐磨涂料中的应用
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中的应用，提出耐磨涂料研发仍然存在的问题，对未 最硬的材料。 Kim 等 使用微观摩擦计，研究石墨烯在
来发展趋势和研究方向进行了展望。 微观上的摩擦附着力和摩擦性能。 通过气相沉积的方
法制备的石墨烯转移到二氧化硅上，结果表明，经过
1 石墨烯在耐磨涂料中的应用 一定的摩擦后， 石墨烯与基材的附着力降低的同时，
极大地降低了摩擦力及对应的摩擦系数， 如图 1 所
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石墨烯作为典型的二维材料，除了具有优异的导 示。 Berman 等 总结了固体润滑剂的摩擦系数，石墨
热性能、电学性能及光学性能外，还具有超强的机械 烯在涂层厚度只有 0.001~0.002 μm 时，干摩擦系数和
性能，再加上特有的低摩擦系数和耐磨性，使其成为 湿摩擦系数只有 0.15~0.20。 因此，石墨烯具有的硬度
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一种热门的固体润滑剂 。Lee 等 使用金刚石探针的 和超低的摩擦系数，均促使其成为制备耐磨涂料的新
原子力显微镜来测试石墨烯的断裂强度。 结果表明， 兴热门填料。
无缺陷石墨烯的杨氏模量可达到 1 TPa， 是目前所知 Qiu 等 将剥离的石墨烯片与聚 2-氨基噻唑通过
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图 1 (a) 摩擦力和载荷的变化关系 (b)石墨烯不同样品的摩擦系数
π-π 键作用进行非共价交联， 由此得到的石墨烯功 种填料均能在涂层遭受钢球摩擦时，在涂层表面形成
能 化 涂 层 具 有 极 高 的 耐 腐 蚀 性 能 和 优 异 的 耐 磨 效 连续的薄膜层，从而保护整体涂层不遭受往返摩擦的
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果。 石墨烯用量为 0.5%时，和纯环氧树脂相比，摩擦 损伤，两种填充物的最佳用量均为 0.5%。 Ye 等 则将
系数仅为 0.5，其磨损量降低了 69.48 %。 但由于石墨 石墨烯进行氟化改性， 然后与聚酰亚胺进行复合，得
烯存在的分散性问题，当用量增加到 1%时，涂层的 到耐磨涂层，在干燥环境、潮湿环境和油环境下分别
摩擦系数和磨损量均增加。 Qin 等 [24] 报道，将石墨烯 进行测试， 表明氟化石墨烯用量为 0.5%时，3 种测试
通过原位聚合的方式将聚酰亚胺/石墨烯复合， 石墨 条件下涂层均能达到最好的耐磨效果。
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烯 用 量为 0.25%时在聚合物体系中具有较好的分散 Chu 等 在研究如何提高镁及合金抗腐蚀和耐磨
性，磨损量和聚酰亚胺相比可以降低 76 %，通过这种 性时，尝试将石墨烯和聚乙烯醇复合制备保护涂层。 还
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复合材料可以得到聚酰亚胺耐磨涂料。 Huang 等 将 原氧化石墨烯与聚乙烯醇形成氢键和共价键，促使聚合
改性石墨烯与聚酰亚胺进行复合，得到具有超高耐磨 物和还原氧化石墨烯间的界面作用力更大，聚乙烯醇为
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性能的复合材料。 Li 等 使用有机硅氧烷对石墨烯进 石墨烯片层提供粘结作用，大量石墨烯片在基材表面构
行改性，再与注塑尼龙复合，得到超耐磨尼龙/石墨烯 筑类似“混凝土”的结构保护层。在镁金属表面形成石墨
复合材料。 烯/聚乙烯醇保护涂层后，磨损率从原始的 3.08×10 -3
-1
-1
-5
3
3
-1
-1
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Liu 等 将石墨烯与环氧树脂复合制备耐磨防腐 ( mm· N · m )降低到 3.08×10 ( mm· N · m )，但聚乙
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涂层，并与功能氟化的富勒烯/环氧树脂复合物进行对 烯醇用量过多时会影响复合涂层性能。 Kaupp 等 研
比。 通过对比不同环境条件下摩擦系数随时间的变化 究了石墨烯与聚甲基丙烯酸甲酯的复合，Kim 等 [31] 研
曲线，随着时间的变化，功能氟化的富勒烯和石墨烯 究了是石墨烯与聚碳酸酯的复合。
与环氧树脂复合的涂层的摩擦系数均逐渐增大，但最 尽管石墨烯片层具有最强硬度和最低摩擦系数，
终低于环氧树脂涂层的摩擦系数。 这种作用归功于两 但石墨烯仍然不是一种理想的制备耐磨涂料的填充
44 探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT
