Page 66 - 涂层与防护2019-02

张新海，等：石墨烯及衍生物在耐磨涂料中的应用

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化石墨烯的增硬效果， 促使复合材料的磨损率降低， 氧化石墨烯的接枝改性成为可能 。 在石墨烯衍生物
且氧化石墨烯用量在 3%范围时， 磨损率随着氧化石 用于获得耐磨涂料的研究中，有很多都是对氧化石墨
墨烯的用量增加而减少。 烯进行改性实现的。
Huang 等 [39] 将氧化石墨烯和纳米聚四氟乙烯复 Ruoff 等 [45] 用芳基和烷基异氰酸酯对氧化石墨烯
合，得到一种新的自润滑、耐磨的纳米复合润滑剂。 将 进行改性， 改性后的氧化石墨烯亲油性大大提高，且
这种纳米复合润滑剂和环氧树脂及聚酰亚胺分别复 引入了新的基团， 实现了对氧化石墨烯的进一步改
合后，研究两种复合材料的耐摩擦性能。 结果表明，当 性。 该研究为较早对氧化石墨烯的改性研究，为后续
纳米复合润滑剂用量只有 1%的条件下， 两种复合材 改性氧化石墨烯应用于耐磨涂料有较大的指导意义。
料的摩擦系数均降低了 60 %， 磨损率降低了近两个 Zhang 等 [46] 用油酸对氧化石墨烯进行改性，获得了一
数量级，这种耐磨性能的增强主要是由氧化石墨烯和 种可以用于耐磨的润滑剂， 在用量只有 0.02~0.06%
纳米聚四氟乙烯协同作用产生的。 此外，耐磨增强效 时， 摩擦系数可以降低 17%， 磨损率可以降低 14%。
果还源于氧化石墨烯良好的分散性、 强的界面作用， Pan 等 [46] 用硬酯胺对氧化石墨烯进行改性，再将改性
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从而产生了强的机械性能。 Xin 等 则制备出了氧化 后的氧化石墨烯通过原位聚合得到改性氧化石墨烯/
石墨烯和纳米二硫化钼杂化的耐磨填充物，获得了具 聚酰胺复合材料，引入改性氧化石墨烯，复合材料在
有高耐磨性的复合材料。 硬度上有明显提高，随着用量的增加，摩擦系数随之
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Tong 等 将 APTES 硅氧烷预水解，在金属镁-锌- 降低。
钙合金上成膜， 再于形成的涂层上形成氧化石墨烯 Mo 等 [47] 用 APTES 对氧化石墨烯进行改性，改性
层，以提高镁合金的耐腐蚀和耐磨性能。 结果表明，氧 后与聚氨酯复合制备复合涂料。 改性氧化石墨烯在聚

化石墨烯上含有的大量含氧基团能够很好地在合金 氨酯体系内很好分散，通过线棒涂膜后对其耐磨性能
表面的涂层上分散开，形成均匀一致的保护层，并且 进行研究，发现在改性氧化石墨烯添加量为 0.50%时，
能够与基材产生共价交联，促使涂层与基材之间的附 复合涂层在湿态环境和干态环境下均表现出最低的
着力更大。 APTES/氧化石墨烯复合涂层不仅使镁合金 摩擦系数和磨损量。
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在遭受摩擦时摩擦系数降低到 0.2 以下， 且在同样载 Mungse 等 用一水合肼将氧化石墨烯还原，再用
荷下基本上没出现磨损，在摩擦系数测试后的样品上 硝酸酸化处理得到含有大量羧基和羟基的氧化石墨
只有轻微的磨痕。 烯，然后用含有长链烷基改性剂十八胺的氨基高温反
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Wu 等 利用氧化石墨烯为模板制备氧化铜纳米 应对氧化石墨烯片层进行改性，使得改性后的氧化石
片，获得纳米氧化铜和聚四氟乙烯复合膜并研究其耐 墨 烯 具 有 更 好 的 亲 油 性 。 由 于 sp2 结 构 骨 架 使 得
磨擦性能。 结果表明，在纳米氧化铜用量为 1.5% 时， ODA-GO 具有范德华作用力，改性氧化石墨烯在扫描
复合材料的磨损率可降低 51 %， 表明氧化石墨烯可 电镜下和透射电镜下均表现出更为明显的褶皱，改性
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制备新型耐磨填料模板。 Li 等 综述了氧化石墨烯及 氧化石墨烯在油性体系中保存 30 d 没有明显团聚，
其衍生物在生物摩擦学体系中的应用，指出氧化石墨 获得的复合涂层经过摩擦测试后对表面形貌进行观
烯作为固体润滑剂、油基润滑添加剂、水基润滑添加 察，结果表明，改性后的复合涂层表面基本没有发生
剂和聚合物基复合材料的添加剂，均有突出的耐磨效 磨损。
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果。 通过对氧化石墨烯上含氧基团的改性，能进一步 Meng 等 通过超临界二氧化碳辅助技术，制备出
拓展石墨烯、氧化石墨烯的应用范围。 Ni 纳米粒子掺杂的改性氧化石墨烯用于提高材料的
耐磨性。 将其作为耐磨填料用量为 0.08%时， 复合材
3 改性氧化石墨烯在耐磨涂料中的应用 料的摩擦系数可以降低 32%， 磨损区直径减少 42%。
此外这种复合填料在超临界二氧化碳辅助条件下，能
氧化石墨烯存在强的范德华力和亲水性，导致氧 够达到超润滑效果。 这种优异的润滑效应源于在制备
化石墨烯在油性体系容易出现严重的团聚行为。 但氧 过程中 Ni 纳米粒子和氧化石墨烯的协同作用， 在涂
化石墨烯片层上含有大量羟基和羧基等含氧基团，使 层遭受到磨损的过程中产生保护膜，能够有效减少外

46 探索研究 RESEARCH AND DEVELOPMENT