本文關鍵詞：激光輻照制備PTFE、FEP、PFA涂層技術(shù)研究

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【摘要】：本學位論文課題研究為北京市松宇噴涂廠委托的工業(yè)工程實踐項目,該項目取得的成果已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中驗證其應用可行性。在社會生活中,金屬材料因其優(yōu)異的性能而得到廣泛應用,但是金屬易受到所處環(huán)境的影響發(fā)生腐蝕,導致其性能壽命下降。當前工業(yè)應用中,含氟聚合物表面涂層技術(shù)是解決金屬材料腐蝕有效而又經(jīng)濟的方式。其中應用最多的是被稱為“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)。烘烤爐高溫燒結(jié)固化是傳統(tǒng)的PTFE、FEP、PFA涂料固化成形制備工藝,但該工藝存在無法對大型結(jié)構(gòu)件和復雜結(jié)構(gòu)件進行涂裝、無法對脫落涂層進行便捷修復、無法制備特殊形狀涂層、而且器件在爐內(nèi)易碰撞致傷等諸多缺點。激光表面處理技術(shù)是一種可實現(xiàn)遠距離非接觸式輻照固化、高自由度輻照固化及對局部涂層修復非常有效的再制造技術(shù)。本研究基于已有的激光表面處理技術(shù),提出利用激光輻照方式取代烘烤固化工藝來制備PTFE、FEP、PFA三種氟聚合物涂層,以彌補目前烘烤固化工藝的不足。研究中獲得了激光輻照制備涂層的最佳工藝參數(shù),根據(jù)實驗結(jié)果以及過程的分析得出激光輻照制備氟聚合物涂層的機理,對相關實驗現(xiàn)象進行解釋;并針對涂層的均勻化問題,設計制作了相關激光光束均束裝置,使用效果理想。研究中首先使用光纖激光直接輻照制備三種氟聚合物涂層,實驗發(fā)現(xiàn),直接輻照制備方式成功地將氟聚合物涂料固化,獲得厚度均勻(平均厚度約12μm),形狀可控制的涂層。但是受光纖激光光斑能量呈高斯分布的影響,制備出的涂層,沿激光掃描路徑有帶狀條紋。針對此現(xiàn)象,研究中設計制作了一種帶式積分鏡光束整形系統(tǒng),成功解決直接輻照制備涂層時,光斑能量呈高斯分布造成的部分涂料過度熔融甚至灼燒的缺陷。通過對實驗結(jié)果成分結(jié)構(gòu)檢測和實驗過程的研究分析,研究發(fā)現(xiàn)材料經(jīng)激光輻照加工后材料成分、結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化。整個制備過程就是交聯(lián)固化的物理過程,保持了PTFE、FEP、PFA材料固有的特性。分析認為材料在激光輻照的作用下,晶格震蕩,造成原來大分子鏈的斷裂和自由基的產(chǎn)生,生成的自由基在分子內(nèi)或分子間遷移,相互之間再次結(jié)合,發(fā)生交聯(lián)。交聯(lián)后的氟聚合物克服原來材料中大分子鏈與鏈之間缺乏緊密結(jié)合力,使得整個氟聚合物材料在經(jīng)受外力及環(huán)境溫度影響時產(chǎn)生變形或發(fā)生破壞等缺點。所以交聯(lián)固化后的三種涂層既保持了原材料固有特性,如具有超耐候性、耐腐蝕性和優(yōu)越的自清潔性等一系列優(yōu)異的性能,而且涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加致密,不容易被外力破會,造成脫落損傷。研究是針對當前工業(yè)生產(chǎn)中PTFE、FEP、PFA涂層制備工藝的諸多問題提出的,在充分調(diào)研三種氟聚合物加工特點以及激光表面處理技術(shù)后,提出利用激光輻照方式制備三種氟聚合物涂層的技術(shù)方案,通過一系列工藝優(yōu)化和技術(shù)優(yōu)化后,成功制備出質(zhì)量優(yōu)越、形狀可控的PTFE、FEP、PFA防腐涂層,并且對涂層的制備成形過程、涂層特性進行了分析研究,得出激光輻照制備PTFE、FEP、PFA氟聚合涂層的機理。
【關鍵詞】：防腐涂層 激光輻照 PTFE FEP PFA
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景及研究意義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簡介12-14
• 1.3 PTFE、FEP、PFA氟聚合物涂層的傳統(tǒng)制備技術(shù)14-16
• 1.4 激光制造涂層技術(shù)的研究現(xiàn)狀16
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 實驗基礎18-28
• 2.1 實驗材料及試樣準備18
• 2.2 實驗設備及研究方法18-19
• 2.2.1 實驗設備18-19
• 2.2.2 激光輻照制備方法19
• 2.3 涂層性能檢測表征19-23
• 2.3.1 涂層形貌檢測19-20
• 2.3.2 涂層厚度檢測20-21
• 2.3.3 涂層接觸角測量21
• 2.3.4 涂層金相截面檢測21-22
• 2.3.5 涂層化學結(jié)構(gòu)分析22-23
• 2.4 研究涉及的基本理論23-26
• 2.4.1 潤濕性理論基礎23-25
• 2.4.2 涂層附著理論25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 激光輻照制備圖案化涂層的研究與分析28-40
• 3.1 激光輻照制備圖案化PTFE、FEP、PFA涂層工藝優(yōu)化28-29
• 3.2 PTFE、FEP、PFA涂層激光輻照制備效果29-30
• 3.3 涂層形貌變化及其成形過程30-33
• 3.4 涂層制備成形機理33-35
• 3.5 涂層厚度測試35-36
• 3.6 涂層截面金相檢測36-37
• 3.7 涂層的表面疏水性檢測與分析37-38
• 3.7.1 涂層浸潤性檢測37
• 3.7.2 涂層疏水性機理分析37-38
• 本章小結(jié)38-40
• 第4章 激光均束整形輻照制備涂層質(zhì)量的影響改善研究40-50
• 4.1 光斑均束整形系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)40-46
• 4.1.1 光斑整形及常用整形技術(shù)40
• 4.1.2 反射型帶式積分鏡設計原理40-43
• 4.1.3 ZEMAX軟件模擬43-45
• 4.1.4 整形系統(tǒng)加工制造45-46
• 4.2 利用光斑整形系統(tǒng)輻照制備PTFE、FEP、PFA涂層46-48
• 本章小結(jié)48-50
• 結(jié)論50-52
• 參考文獻52-56
• 攻讀碩士學位期間所獲得的研究成果56-58
• 致謝58

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