乙烯、四氟乙烯多元共聚物的应用与研究

乙烯-四氟乙烯共聚物(Ethylene-Tetrafluoroethylene,ETFE)涂层是一种具有优越性能的含氟高分子材料,在航空航天、军事特种材料和管道衬里等领域具有广泛应用。然而,ETFE在导热领域的应用存在一定问题,如导热系数低、散热效率低,可以溶解ETFE的溶剂极少等。针对上述问题,本论文以ETFE材料为高分子聚合物基体,研究不同的导热填料对ETFE导热性能的影响。通过粉末静电喷涂技术制备了石墨/ETFE复合涂层、石墨烯/ETFE复合涂层、碳纳米管/ETFE复合涂层、氮化硼/石墨/ETFE复合涂层和氮化硼/石墨烯/ETFE复合涂层。利用机械共混的方法制备了石墨质量分数为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8wt.%和1.0 wt.%的石墨/ETFE复合粉末涂料,采用静电喷涂的工艺将粉末涂料制备成复合涂层,并测定了涂层的附着力、硬度、导热性和耐腐蚀性等。结果表明在石墨填料质量分数0~0.7 wt.%范围内,复合涂层导热系数持续增大,纯ETFE涂层的导热系数为0.10 W·m~(-1)·K~(-1),石墨填料量为0.7 wt.%时导热系数为0.21 W·m~(-1)·K~(-1),相比于纯ETFE涂层的导热系数提高了110%。复合涂层的附着力、硬度、耐酸碱性和力学性能均保持良好。复合后的石墨能够比较均匀的分散在ETFE基体中,复合涂层的具有优异的综合性能。利用机械共混和粉末静电喷涂的方法制备了石墨烯质量分数为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、1.0 wt.%和2.0 wt.%的石墨烯/ETFE复合涂层,并测定了复合涂层的附着力、硬度、导热性和耐腐蚀性等。结果表明随着石墨烯填料量的增加,复合涂层导热系数持续增大。石墨烯填料量在0~0.6 wt.%范围内,复合涂层导热系数持续增大,力学性能优异;石墨烯填料量在0.6~2.0 wt.%范围内,复合涂层的导热系数会继续增大,石墨烯填料量为2.0 wt.%时,导热系数升高到0.38 W·m~(-1)·K~(-1),但力学性能下降,附着力变差。利用机械共混和粉末静电喷涂的方法制备了石墨烯质量分数为0.3 wt.%和0.6 wt.%的不同层数的石墨烯/ETFE复合涂层,并测定了复合涂层的导热性。结果表明在相同质量分数下,不同层数的石墨烯对复合涂层导热性能的影响不大。利用机械共混和粉末静电喷涂的方法制备了碳纳米管质量分数为0.1、0.3、0.4、0.5、、0.7、0.8、0.9 wt.%和1.0 wt.%的碳纳米管/ETFE复合涂层,并测定了复合涂层的附着力、导热性和耐腐蚀性等性能。结果表明随着碳纳米管含量的增加,涂层的导热系数不会出现大幅度的增加,始终稳定在0.20~0.22 W·m~(-1)·K~(-1)范围内,涂层的力学性能、耐腐蚀性和附着力都保持良好。复合后的碳纳米管在ETFE基体中分布均匀,形成的导热网络完整,复合涂层的综合性能优异。制备的三种不同导热填料复合涂层,在力学性能保持在良好范围内的情况下,三种涂层的导热性能均得到的了不同程度的提高。将三种不同导热填料复合涂层的导热性能进行对比,结果表明当导热填料的含量小于0.5 wt.%时,碳纳米管对涂层导热性能的提高效果最好;当导热填料的含量大于0.5 wt.%时,石墨烯填料对涂层导热性能的提高效果更好。针对制备的石墨/ETFE复合涂层和石墨烯/ETFE复合涂层存在的问题,将氮化硼按比例分别加入到两种复合涂层中,制备氮化硼/石墨/ETFE复合涂层和氮化硼/石墨烯/ETFE复合涂层,并测试复合涂层的导热性能和力学性能。结果显示在两种复合涂层中分别引入氮化硼填料之后制得的涂层导热系数提高。石墨质量分数为0.7 wt.%,氮化硼与石墨质量比为2:1时,复合涂层导热系数为0.26 W·m~(-1)·K~(-1);石墨烯质量分数为0.5wt.%,BN与石墨烯质量比为2:1时,复合涂层导热系数为0.25 W·m~(-1)·K~(-1)。综上所述,本文通过机械共混和粉末静电喷涂的方法将导热填料引入到ETFE涂层中,以改善其导热性能。不同体系下中,导热填料的加入均可以使ETFE涂层的导热性能得到提高,且附着力、硬度和耐腐蚀性等性能均保持在标准范围内。以上实验结果表明,导热聚合物基复合涂层在化工防腐及换热器管道衬里等领域具有广阔的应用前景。