[发明专利]一种铝合金风机叶片石墨烯阻尼涂层的制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯材料的应用领域，具体为一种铝合金风机叶片用高阻尼石墨烯复合材料涂层的制备方法。以羧基化石墨烯为原料，使其与经硅烷化处理后的铝合金风机叶片材料通过化学反应形成共价键结合，在铝合金风机叶片表面形成一层石墨烯包覆层，然后浸入加有异氰酸酯固化剂的丙烯酸聚氨酯热溶液中，提拉成膜，获得铝合金风机叶片表面层状包覆的石墨烯‑丙烯酸聚氨酯涂层。本发明通过在铝合金风机叶片表面层状包覆石墨烯‑丙烯酸聚氨酯涂层，通过共价键连接可以获得石墨烯片层在铝合金风机叶片表面有效的伸展并形成较强的力学结合，并在铝合金风机叶片表面形成层状约束阻尼结构，赋予铝合金风机叶片更为优异的阻尼减振性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料的应用领域，具体为一种铝合金风机叶片用高阻尼石墨烯复合材料涂层的制备方法。

背景技术

风机叶片是大型风机最为重要的部件之一。其中，耐腐蚀性能较佳、密度较小的铝合金在风机叶片中的应用越来越受到人们的关注。铝合金风机叶片在诸多领域，如煤矿、冶金、化工等厂矿用高效通风机制造以及航天装备制造等已取得大规模应用。然而，在风机运转过程中，其自身的不良振动及外界激励使风机产生的振动都会严重影响风机的运行状态及使用寿命。随着风机尺寸的不断增大，振动危害尤为显著。为了减少振动带来的危害，提升风机叶片材料自身的阻尼减振特性变得尤为重要。

石墨烯是一种近年来发展的新型纳米碳材料，具有优异的理化性能以及独特的纳米尺度。石墨烯因其独特的二维片层结构具有优异的层间剪切滑移性能，是一种理想的纳米填料，将石墨烯加入到聚合物复合材料中可以显著提升材料的力学性能。一方面基于石墨烯的纳米尺度，可以赋予材料更为丰富的界面，在外加载荷作用下可以造成更多的能量耗散，从而赋予材料更为优异的阻尼性能；另一方面基于石墨烯独特的二维片层结构，其在外加载荷作用下通过粘-滑机制发生层间剪切滑移，造成能量耗散，从而展现出优异的阻尼性能。因此，石墨烯的加入可以在提升材料力学性能的同时赋予材料更为优异的阻尼减振特性。此外，基于石墨烯独特的二维片层结构，优异的化学稳定性以及良好的环境友好性，其还具备阻隔、防腐以及耐磨性能。将石墨烯通过化学共价键和的方式包覆在铝合金风机叶片材料表面，在赋予材料优异力学增强和阻尼性能的同时，可以提升风机叶片材料的耐腐蚀性以及耐磨性。在此基础上，在石墨烯涂层表面包覆丙烯酸聚氨酯材料可以有效的避免石墨烯涂层由于外界刮擦而发生掉损，延长涂层材料的使用寿命。此外，丙烯酸聚氨酯层与石墨烯层可以在铝合金风机叶片表面形成约束阻尼层状结构，通过层间剪切实现更多的能量耗散，从而赋予材料更为优异的阻尼减振特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于铝合金风机叶片的可显著提升材料阻尼性能以及耐蚀、耐磨性能的石墨烯-丙烯酸聚氨酯复合涂层的制备方法，二维片层结构的石墨烯可以以共价键结合的方式有效的包覆在铝合金风机叶片表面，丙烯酸聚氨酯的包覆可以有效避免石墨烯层的刮擦磨损从而延长涂层的使用寿命，该复合涂层可以显著提升铝合金风机叶片的阻尼性能、耐腐蚀性能以及耐磨性，且具有制备方法简单、性能提升显著的优点。

为了实现上述技术目标，本发明所提出的技术方案是：

一种铝合金风机叶片石墨烯阻尼涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铝合金风机叶片的表面进行羟基化处理，在此基础上将铝合金风机叶片浸入到含有氨基的硅烷偶联剂溶液中进行硅烷化处理，再进行老化处理，得到表面硅烷化处理的铝合金风机叶片；

(2)制备羧基化石墨烯水溶液，将羧基化石墨烯分散在水中，得到分散均匀的羧基化石墨烯水分散液；

(3)将经表面硅烷化处理后的铝合金风机叶片浸入到羧基化石墨烯水分散液中，加入催化剂，通过共价键和反应，获得石墨烯涂层在铝合金风机叶片表面的均匀包覆；

(4)将丙烯酸聚氨酯与异氰酸酯固化剂进行混合，搅拌均匀，将包覆有石墨烯涂层的风机叶片材料浸入加有异氰酸酯固化剂的丙烯酸聚氨酯热溶液中，提拉成膜，获得铝合金风机叶片表面层状包覆的石墨烯-丙烯酸聚氨酯涂层。