PTFE基复合涂层的疏水性与摩擦学性能

发布时间：2022-10-11 14:36

　　油气资源开采过程中PDC钻头的泥包问题是一种亟待解决的常见问题。聚四氟乙烯（PTFE）具有优异的自润滑性能、高温稳定性和化学稳定性,常用于制备疏水涂层,适于对PDC钻头钢体进行表面改性,但需要进一步改善其疏水性能和耐磨性能。本文利用一步喷涂法在35CrMo钢基体上制备了碳纤维,石墨烯和聚苯硫醚改性聚四氟乙烯的三种复合涂层,使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察涂层表面及磨痕的二维和三维形貌,并测量不同复合涂层表面的静态接触角,研究填充物种类及比例对改性聚四氟乙烯复合涂层的疏水性和耐磨性的影响。主要研究成果包括:（1）碳纤维可以有效改善CF/PTFE复合涂层的摩擦学性能和疏水性。当碳纤维的质量分数为20%时,CF/PTFE复合涂层的摩擦系数达到最低值0.17±0.01,磨损率也达到最小值且比纯PTFE涂层的磨损率降低了29.7%,其主要磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。此时CF/PTFE复合涂层的接触角增加到122.0°±2.0°,显示出优异的疏水性。CF/PTFE复合涂层中氟元素从涂层内层转移到外层可能是其具有优异疏水性的原因。PTFE涂层内部的碳纤维可防止复合涂层的大面积破坏,对磨球上... 

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 疏水涂层的研究现状
        1.2.1 自然界中的疏水现象
        1.2.2 人工制备疏水涂层的研究现状
        1.2.3 疏水表面的相关理论与模型
    1.3 一步喷涂法制备PTFE基复合涂层的研究现状
    1.4 PTFE基复合涂层的摩擦学性能研究现状
    1.5 本文研究内容
第2章 试验方法及设备
    2.1 引言
    2.2 PTFE基复合涂层的制备
    2.3 样品的表征
        2.3.1 接触角测量实验
        2.3.2 高速摄像机实验
        2.3.3 摩擦磨损实验
第3章 CF/PTFE复合涂层的疏水性和摩擦学性能
    3.1 引言
    3.2 CF/PTFE复合涂层的表征
        3.2.1 CF/PTFE复合涂层的截面形貌
        3.2.2 CF/PTFE复合涂层的表面形貌及接触角
    3.3 碳纤维含量与疏水性的关系
    3.4 碳纤维含量对摩擦学性能的影响
        3.4.1 摩擦系数
        3.4.2 磨损率
        3.4.3 磨损机理
    3.5 本章小结
第4章 石墨烯/PTFE复合涂层的疏水性和摩擦学性能
    4.1 引言
    4.2 石墨烯改性PTFE复合涂层的表征
    4.3 石墨烯含量对摩擦学性能的影响
        4.3.1 摩擦系数
        4.3.2 磨痕形貌的表征
        4.3.3 磨损率
        4.3.4 磨损机理
    4.4 疏水性分析
    4.5 本章小结
第5章 PPS/PTFE复合涂层的疏水性和摩擦学性能
    5.1 引言
    5.2 PPS/PTFE复合涂层的表征
    5.3 聚苯硫醚含量对摩擦学性能的影响
        5.3.1 摩擦系数
        5.3.2 磨痕形貌的表征
        5.3.3 磨损率
        5.3.4 磨损机理
    5.4 疏水机理
    5.5 本章小结
第6章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历
攻读硕士期间成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]PDC钻头体非光滑表面防黏附性能实验研究[J]. 朱丽红,陈泽鹏,黄勇,强伟,王京印.  实验室研究与探索. 2018(10)
[2]PDC钻头复合冲击破岩机理研究及应用探讨[J]. 刘晓菲.  西部探矿工程. 2018(09)
[3]PDC钻头泥包原因分析与处理对策研究[J]. 李林波,王震宇,吕晓平,薛洪波.  西部探矿工程. 2017(09)
[4]磁控溅射制备聚四氟乙烯低温超疏水薄膜[J]. 邵晶晶,任芝龙,杨雅伦,肖永宝,袁媛,黄佳木.  真空科学与技术学报. 2017(02)
[5]气体钻井钻头泥包风险预测及影响因素研究[J]. 苏义脑,陈烨,闫铁,孙晓峰,王丽敏,王克林.  天然气工业. 2016(06)
[6]聚苯酯/聚四氟乙烯复合涂层的制备及润湿性能[J]. 郭永刚.  高分子材料科学与工程. 2016(01)
[7]碳纤维改性POB/PTFE基超声电机耐磨涂层[J]. 章玉丹,丁庆军,赵盖,张爱华.  塑料. 2015(05)
[8]MoS2对PTFE基粘结固体润滑涂层摩擦学和附着性能的影响[J]. 郭培锐,邱明,李迎春,李庆林.  机械工程材料. 2015(07)
[9]SiO2-PTFE超疏水复合涂层的制备与分析[J]. 王冠,张德远,陈华伟.  功能材料. 2014(22)
[10]一步喷涂法制备低黏附的超疏水颗粒表面[J]. 李健,凌菁,徐明,严军,景治娇.  西北师范大学学报(自然科学版). 2014(05)

硕士论文
[1]气相法沉积聚四氟乙烯薄膜及其疏水性[D]. 方丹.南京理工大学 2014



本文编号：3690750