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石墨烯含量对石墨烯/PTFE复合涂层疏水性和耐磨性的影响

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聚四氟乙烯（PTFE）具有优异的润滑性能、耐腐蚀性和疏水性，近十年来在化工、防腐和机械领域得到了广泛的应用。石墨烯（GE）增强聚四氟乙烯复合涂层有望改善单一PTFE涂层的耐磨性和疏水性。在本研究中，将不同质量分数（1 wt.%、2 wt.%、3 wt.%及4 wt.%）的石墨烯加入聚四氟乙烯中以制备GE/PTFE复合涂层。用扫描电子显微镜（SEM）和激光扫描共聚焦显微镜对涂层的原始表面形貌和磨损表面形貌进行了表征，并用FTA科研型接触角仪测量了涂层的静态接触角。利用球盘磨损试验机测试了复合涂层的摩擦学性能。
结果表明，石墨烯增强聚四氟乙烯复合涂层具有良好的摩擦学性能。当石墨烯含量达到3 wt.%时，摩擦系数降到0.11±0.01，这是所有涂层中摩擦系数最低的，磨损率为（1.41±0.07）×10-4mm3/nm，也表现出了最佳的耐磨性。在3%的GE/PTFE涂层中发现窄而小的剥落，而不是大规模的分层，这可能是由层状结构石墨烯引起的。粘附在对磨副的均匀连续的转移膜有助于降低磨损率和提高耐磨性。3%Ge/PTFE复合涂层的主要磨损机理是粘着磨损。
另外，3%GE/PTFE复合涂层的WCA增加到125.1°±1.8°，显示出良好的疏水性。这可能是因为分散良好的石墨烯形成了交联结构，表面粗糙度增加。3%Ge/PTFE复合涂层的磨损表面也显示出良好的疏水性，这对涂层在长期工作环境下的使用有一定的指导意义。