Page 76 - 《橡塑技术与装备》2025年7期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

基于 DOE 的 PTFE 基复合材料

涂布工艺优化研究

杜钟思，李攀
( 中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

摘要： 聚四氟乙烯（PTFE）基复合材料因其优异的耐化学性、低摩擦系数和良好的热稳定性，在涂层领域具有广泛应用。然而，
涂布工艺参数的优化对涂层的厚度均匀性、拉伸强度和弹性模量至关重要。本研究采用实验设计（DOE）方法，系统考察了涂布速度、
固化温度和 PTFE 含量对涂性能的影响。通过建立数学模型，优化工艺参数组合。实验结果表明，最优工艺参数可显著提高涂层
的厚度均匀性和力学性能，优化后，厚度均匀性（极差）可以达到 0.050 mm±0.003 mm，拉伸强度达到 9.0 MPa 以上、弹性模量
达到 2 800 MPa 以上，为 PTFE 基复合材料的工业化应用提供理论依据。
关键词 ： PTFE ；复合材料 ；涂布工艺 ；实验设计（DOE）；拉伸强度 ；弹性模量
中图分类号 ： TQ325.4 文章编号 ： 1009-797X(2025)07-0032-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2025.07.007

0 引言 建立数学模型，优化工艺条件，以提高涂层的厚度均
聚四氟乙烯（PTFE）是一种具有优异化学稳定 匀性、拉伸强度和弹性模量。研究结果可为 PTFE 基
性、低摩擦系数和良好耐热性的高分子材料，广泛应 复合材料的工业化涂布工艺提供理论指导和技术支持。
用于不粘涂层、防腐涂层和摩擦材料等领域。然而，
纯 PTFE 涂层的机械强度较低，且与基材的附着力较 1 实验部分
差，限制了其在某些高负荷工况下的应用 [1] 。为了改 1.1 材料与设备
善 PTFE 涂层的性能，通常通过添加增强相（如碳纤 1.1.1 实验材料
维、石墨、SiO 2 等）形成复合材料，以提高其机械性 （1）基材 ：不锈钢卷材（宽度 500 mm，厚度
能和耐磨性 [2~6] 。 涂布工艺是制作涂层材料的主要方 100 μm），表面经丙酮清洗去除油污。
法之一，其工艺参数是影响 PTFE 基复合材料性能的 （2）涂层材料 ： PTFE 乳液（固含量 60%，浙江
关键因素 [7] 。厚度均匀性直接影响涂层的防护性能（如 巨化）、纳米 SiO₂（平均粒径 30 nm，用作增强相）、
防腐、耐磨）和界面结合强度，不均匀涂层可能导致 分散剂（非离子型表面活性剂，提高浆料稳定性）。
局部应力集中，加速失效 [8] 。拉伸强度决定涂层在机 1.1.2 实验设备
械载荷下的抗断裂能力，高拉伸强度可提升复合材料 （1）涂布机（可调速度范围 0.1~5 m/min）。
在动态工况中的耐久性 [9] 。弹性模量反映涂层的刚性， （2）高温烘箱（最高温度 400 ℃，控温精度 ±2 ℃）。
高模量适用于需抗形变的场景（如密封材料），但需与 （3）扫描电子显微镜（SEM，日本日立公司，型
基材模量匹配以避免界面剥离。涂布速度、固化温度 号 SU8010）。
和 PTFE 含量等参数均会影响涂层的厚度均匀性、拉 1.2 实验设计
伸强度和弹性模量。传统的单因素实验法难以全面考 1.2.1 实验因素与水平
察多因素的交互作用，而实验设计（DOE）方法能够 采用统计分析软件设计三因素 DOE 实验，各因
高效地分析多变量对涂层性能的影响，并优化工艺参
数。本研究旨在通过 DOE 方法，结合响应优化器的仿 作者简介 ：杜钟思（1998-），女，助理工程师，本科，主
真，系统研究 PTFE 基复合材料涂布工艺的关键参数， 要从事 PTFE 材料加工工艺工作。

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