激光辐照制备PTFE、FEP、PFA涂层技术研究

发布时间：2017-10-10 01:28

  本文关键词：激光辐照制备PTFE、FEP、PFA涂层技术研究

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【摘要】：本学位论文课题研究为北京市松宇喷涂厂委托的工业工程实践项目,该项目取得的成果已经在工业生产中验证其应用可行性。在社会生活中,金属材料因其优异的性能而得到广泛应用,但是金属易受到所处环境的影响发生腐蚀,导致其性能寿命下降。当前工业应用中,含氟聚合物表面涂层技术是解决金属材料腐蚀有效而又经济的方式。其中应用最多的是被称为“塑料王”的PTFE(聚四氟乙烯)以及其衍生材料FEP(聚全氟乙丙稀)、PFA(聚全氟代烷氧基聚合物)。烘烤炉高温烧结固化是传统的PTFE、FEP、PFA涂料固化成形制备工艺,但该工艺存在无法对大型结构件和复杂结构件进行涂装、无法对脱落涂层进行便捷修复、无法制备特殊形状涂层、而且器件在炉内易碰撞致伤等诸多缺点。激光表面处理技术是一种可实现远距离非接触式辐照固化、高自由度辐照固化及对局部涂层修复非常有效的再制造技术。本研究基于已有的激光表面处理技术,提出利用激光辐照方式取代烘烤固化工艺来制备PTFE、FEP、PFA三种氟聚合物涂层,以弥补目前烘烤固化工艺的不足。研究中获得了激光辐照制备涂层的最佳工艺参数,根据实验结果以及过程的分析得出激光辐照制备氟聚合物涂层的机理,对相关实验现象进行解释;并针对涂层的均匀化问题,设计制作了相关激光光束均束装置,使用效果理想。研究中首先使用光纤激光直接辐照制备三种氟聚合物涂层,实验发现,直接辐照制备方式成功地将氟聚合物涂料固化,获得厚度均匀(平均厚度约12μm),形状可控制的涂层。但是受光纤激光光斑能量呈高斯分布的影响,制备出的涂层,沿激光扫描路径有带状条纹。针对此现象,研究中设计制作了一种带式积分镜光束整形系统,成功解决直接辐照制备涂层时,光斑能量呈高斯分布造成的部分涂料过度熔融甚至灼烧的缺陷。通过对实验结果成分结构检测和实验过程的研究分析,研究发现材料经激光辐照加工后材料成分、结构并没有发生变化。整个制备过程就是交联固化的物理过程,保持了PTFE、FEP、PFA材料固有的特性。分析认为材料在激光辐照的作用下,晶格震荡,造成原来大分子链的断裂和自由基的产生,生成的自由基在分子内或分子间迁移,相互之间再次结合,发生交联。交联后的氟聚合物克服原来材料中大分子链与链之间缺乏紧密结合力,使得整个氟聚合物材料在经受外力及环境温度影响时产生变形或发生破坏等缺点。所以交联固化后的三种涂层既保持了原材料固有特性,如具有超耐候性、耐腐蚀性和优越的自清洁性等一系列优异的性能,而且涂层内部结构变得更加致密,不容易被外力破会,造成脱落损伤。研究是针对当前工业生产中PTFE、FEP、PFA涂层制备工艺的诸多问题提出的,在充分调研三种氟聚合物加工特点以及激光表面处理技术后,提出利用激光辐照方式制备三种氟聚合物涂层的技术方案,通过一系列工艺优化和技术优化后,成功制备出质量优越、形状可控的PTFE、FEP、PFA防腐涂层,并且对涂层的制备成形过程、涂层特性进行了分析研究,得出激光辐照制备PTFE、FEP、PFA氟聚合涂层的机理。
【关键词】：防腐涂层 激光辐照 PTFE FEP PFA
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 防腐涂料11-14
• 1.2.1 氟聚合物防腐涂料概述12
• 1.2.2 PTFE、FEP、PFA氟聚合物高分子防腐涂料简介12-14
• 1.3 PTFE、FEP、PFA氟聚合物涂层的传统制备技术14-16
• 1.4 激光制造涂层技术的研究现状16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第2章 实验基础18-28
• 2.1 实验材料及试样准备18
• 2.2 实验设备及研究方法18-19
• 2.2.1 实验设备18-19
• 2.2.2 激光辐照制备方法19
• 2.3 涂层性能检测表征19-23
• 2.3.1 涂层形貌检测19-20
• 2.3.2 涂层厚度检测20-21
• 2.3.3 涂层接触角测量21
• 2.3.4 涂层金相截面检测21-22
• 2.3.5 涂层化学结构分析22-23
• 2.4 研究涉及的基本理论23-26
• 2.4.1 润湿性理论基础23-25
• 2.4.2 涂层附着理论25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 激光辐照制备图案化涂层的研究与分析28-40
• 3.1 激光辐照制备图案化PTFE、FEP、PFA涂层工艺优化28-29
• 3.2 PTFE、FEP、PFA涂层激光辐照制备效果29-30
• 3.3 涂层形貌变化及其成形过程30-33
• 3.4 涂层制备成形机理33-35
• 3.5 涂层厚度测试35-36
• 3.6 涂层截面金相检测36-37
• 3.7 涂层的表面疏水性检测与分析37-38
• 3.7.1 涂层浸润性检测37
• 3.7.2 涂层疏水性机理分析37-38
• 本章小结38-40
• 第4章 激光均束整形辐照制备涂层质量的影响改善研究40-50
• 4.1 光斑均束整形系统的设计与实现40-46
• 4.1.1 光斑整形及常用整形技术40
• 4.1.2 反射型带式积分镜设计原理40-43
• 4.1.3 ZEMAX软件模拟43-45
• 4.1.4 整形系统加工制造45-46
• 4.2 利用光斑整形系统辐照制备PTFE、FEP、PFA涂层46-48
• 本章小结48-50
• 结论50-52
• 参考文献52-56
• 攻读硕士学位期间所获得的研究成果56-58
• 致谢58

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本文编号：1003571