CN105694309A - 纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法 - Google Patents

纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法，其主要是首先制备了氧化石墨粉末，并对聚四氟乙烯粉末的进行紫外辐照和胺化处理，之后应用水热合成技术制备了纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料，然后制得了制备纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料所用的混合粉末，最后对混合粉末相继进行冷模压成型和系列热处理，制备了纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。本发明具有摩擦系数小、磨损率低、热稳定性高、机械强度大、使用寿命长的优点，其可应广泛用于化工、机械、航空航天等领域。

Description

纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，特别涉及一种纳米复合材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着机械成型与制造、化学化工、航空航天等行业的飞速发展，设备核心部件的摩损的问题日益突出。统计结果表明，导致机械设备损坏的原因通常除核心部件的疲劳断裂外，运动副的摩擦损坏是最为常见的故障。此外，在航空航天领域，飞行器的关节轴承耐磨和减摩性能差，极大限制了其综合性能的提升。常规润滑油能有效缓解部件接触面的磨损，但该润滑系统配置复杂，维养成本高，并且增加了设备和飞行器的自身重量，继而降低了其机动性。与此相比，高分子聚合物自润滑复合材料具有高强轻质、润滑和减摩性能优良的优点，将高分子自润滑材料涂覆于设备磨损界面或使用其制作关节部件是解决设备磨损难题的重要举措。
聚四氟乙烯是一种性能优良的自润滑材料，其摩擦系数低、熔点高，耐化学试剂侵蚀和射线辐射性能优良，其在摩擦学领域的应用日益受到关注。但聚四氟乙烯的耐磨性能差，并且其耐高温性能欠佳，继而限制了其广泛应用。为有效拓展聚四氟乙烯在摩擦学领域的应用，国内外学者开展了聚四氟乙烯的系列改性研究，将二氧化硅、三氧化二铝等金属氧化物，以及碳化硅、氮化硼等高硬度陶瓷与聚四氟乙烯共混掺杂，以提高聚四氟乙烯的耐磨性能。公开号为CN104212164A的专利提及以二硫化钼、氟化石墨、氮化硼、聚四氟乙烯、尼龙、聚甲醛、聚对羟基苯甲酸酯和锌锡合金为原料，制备了一种高速并联机器人用的自润滑材料，采用该专利技术制备的自润滑复合材料具有摩擦阻尼小、耐温度性能好的优点，继而提高了高速并联机器人的使用寿命；但该专利技术存在制备成本高、加工过程较为繁琐的缺陷。在公开号为CN103016532A的专利文件中，申请人以聚四氟乙烯粉体、石墨粉、铜粉、铅粉和二硫化钼粉末为主要原料，将对金属和陶瓷有粘结作用的工业胶水加入到上述粉末混合物中，调配得到自润滑材料制备所用的粘稠浆液，然后将此粘稠浆液涂抹于关节轴承表面，经固化和磨削处理，制得了自润滑性能优良的关节轴承。该发明具有制备成本低、易于加工成型的优点，采用该技术制备的自润滑关节轴承具有强度高、抗压、耐磨损的显著优点。但该专利技术仅仅借助工业胶水的粘结作用使各粉末复合在一起，故而各组分之间结合强度较小，继而降低了其耐机械疲劳和热疲劳特性，最终导致其使用寿命下降。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种摩擦系数低、磨损率小、热稳定性高、机械强度大、使用寿命长、制备成本低廉、耐磨和减摩性能优良的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法。本发明主要是首先制备纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料粉体，之后将其与胺化处理的聚四氟乙烯超细粉末均匀共混，经冷压成型和系列热处理工序，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
本发明的制备方法如下：
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①所用化学原料：
质量浓度为98％的浓硫酸、硫酸锰、高锰酸钾、硝酸钠、粒径为30μm石墨超细粉末以及质量浓度为30％的过氧化氢，其用量有如下质量比例关系：浓硫酸：硫酸锰：高锰酸钾：硝酸钠：石墨粉末：过氧化氢＝80～90：2～4：7～11：1～2：2～4：20～30；
②氧化石墨粉末的制备：
a、将浓硫酸放入容器中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将硝酸钠加入到盛有浓硫酸的容器中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解；再将石墨粉末加入到上述容器中，采用冰水浴控制容器内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅拌混合溶液90min；然后将质量分数为16-18％的高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却容器，确保容器内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将质量分数为65-68％的高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为5～8min；最后，待高锰酸钾固体粉末全部加入后，将容器置于低温恒温槽内，控制容器内混合溶液的温度为12～15℃，并搅拌混合溶液30min；
b、将步骤a的容器从低温恒温槽中取出，用数控恒温水浴锅控制容器内混合溶液的温度为27～33℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后按去离子水与悬浮浑浊液的体积比＝1.9～2：1的比例，将去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；将悬浮浑浊液在27～33℃温度下搅拌反应20～30min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液，将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理5～8min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；
c、对步骤b的氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，将容器置于恒温水浴槽中，控制容器中去离子水的温度为58～62℃，透析过程中每隔12h更换一次容器中的去离子水，直至容器内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；
d、将步骤c干燥后的凝胶态氧化石墨置于高能量球磨机中进行研磨，球磨机的转速为1425rpm/min，研磨时间为10～15min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
③纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将硫酸锰固体粉末放入容器中，按硫酸锰与去离子水的质量比＝1-2：10的比例，将去离子水加入到容器中，室温下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将步骤②制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，进行超声波处理30～60min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；然后将质量分数为14～19％的高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的硫酸锰溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解，再将混合溶液转入到不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温，将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，对沉淀物干燥处理12h，再将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将质量浓度为98％的水合肼加入到无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为25～33％的水合肼乙醇溶液；然后按水合肼与平均粒径为0.15μm的聚四氟乙烯粉末质量比为62～42：1的比例，将聚四氟乙烯粉末加入到上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的容器，室温磁力搅拌45～60min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢滤网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的容器上；为保证容器中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与容器接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的容器置于温度为70～80℃的烘箱中进行紫外辐照24～30h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①所用原料：
步骤(1)中制得的纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料、步骤(2)中胺化处理的聚四氟乙烯粉末和无水乙醇；上述各原料用量有如下质量比例关系：纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料：胺化处理的聚四氟乙烯粉末：无水乙醇＝5～20：80～95：240；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
a、首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到无水乙醇中超声振荡60～90min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为25～35℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；
b、然后将胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌120～150min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；
d、将制备的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，即制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
③纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
a、首先将步骤②制备的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入冷模压模具中进行压制成型，压制压力为30～45Mpa，压制时间为10～20min；混合粉末压制处理后，将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；
b、将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温20～35min；关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
石墨为层状结构，其层间作用主要为范德华力，其层间能够发生相对滑动，继而使其有优良的自润滑性能。此外，石墨耐化学侵蚀、抗高温性能优良，是制备自润滑材料的优良备选材料。氧化石墨是石墨氧化处理的产物，其除保持有石墨的晶态结构，其边缘、层间和表面通常还有羧酸基、环氧基和羟基基团，这些含氧官能基团的存在使氧化石墨具有诸多独特的特性，如易于插层与剥离、吸附性能等。二氧化锰作为一种常见的金属氧化物，同二氧化硅和三氧化二铝等金属氧化物一样，具有优良的耐高温性能和耐磨性能，并且其制备简单、价格低廉。此外，二氧化锰还常用作氧还原催化材料和超级电容器储能材料。二氧化锰晶体有α、β、γ、δ等多种晶型，其中β-二氧化锰晶体的结晶度高，故而其耐磨性能优良。此外，β-二氧化锰晶体中存在尺寸大小为的孔穴，故而高分子物质的分子链可以延伸嵌入此孔穴中。因而，将氧化石墨和β-二氧化锰与聚四氟乙烯超细粉体共混，对聚四氟乙烯进行共混改性，氧化石墨的环氧官能基团与聚四氟乙烯链上的氢原子会存在氢键作用，同时β-二氧化锰的孔穴会捕集聚四氟乙烯的分子链。这样将提高氧化石墨和β-二氧化锰与聚四氟乙烯的结合强度，继而在保证聚四氟乙烯优良减摩性能的同时，提高其耐磨性能和抗高温性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、成型工艺简便，制备成本低廉；
2、氧化石墨、β-二氧化锰与聚四氟乙烯结合强度高，所制复合材料的机械强度大、使用寿命长；
3、纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯复合材料具有优良的自润滑性能、耐磨性能和抗高温氧化性能。
具体实施方式
实施例1
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①氧化石墨粉末的制备：
将80g质量浓度为98％的浓硫酸加入到容积为250mL锥形瓶中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将1g硝酸钠加入到盛有浓硫酸的锥形瓶中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解；再将2g粒径为30μm的石墨粉末加入到锥形瓶中，采用冰水浴控制锥形瓶内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅混合溶液拌90min；然后将1.2g高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却锥形瓶，确保锥形瓶内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将4.8g高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为5min；将锥形瓶置于型号为SDC-6的低温恒温槽内，控制锥形瓶内混合溶液的温度为12℃，搅拌混合溶液30min后，将锥形瓶从SDC-6型低温恒温槽中取出，应用型号为HH-S4的数控恒温水浴锅控制锥形瓶内混合溶液的温度为27℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后将87g去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；待去离子水加入完毕，将悬浮浑浊液在27℃温度下搅拌反应20min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入20g质量浓度为30％的过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液，将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理5min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20℃，再对氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，之后将烧杯置于恒温水浴槽中，控制烧杯中去离子水的温度为58℃，透析过程中每隔12h更换一次烧杯中的去离子水，直至烧杯内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，并自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；将干燥后的凝胶态氧化石墨置于型号为SPEX8000高能量球磨机中进行研磨，球磨机中的转速为1425rpm/min，研磨处理时间为10min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将2g硫酸锰固体粉末放入容积为50mL烧杯中，然后将20g去离子水加入到烧杯中，室温下下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，并将混合溶液超声波处理30min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20℃；然后将1g高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的混合溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解；将混合溶液转入到容积为25mL、内衬层为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温，将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将50g质量浓度为98％的水合肼加入到150g无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为25％的水合肼乙醇溶液；然后将平均粒径为0.15μm、质量为0.8g的聚四氟乙烯粉末置于上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的烧杯，室温磁力搅拌45min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢率网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的烧杯上；为保证烧杯中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与烧杯接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的烧杯置于温度为70℃的烘箱中进行紫外辐照处理24h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
将0.5g纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中超声振荡60min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为25℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；然后将9.5g胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌120min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；之后将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入型号为Y04-50的冷模压模具中进行压制成型，压制压力为30Mpa，压制时间为10min；将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得直径为43.8mm、厚度为3.2mm的圆盘状纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温20min，关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
实施例2
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①氧化石墨粉末的制备：
将84g质量浓度为98％的浓硫酸加入到容积为250mL锥形瓶中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将1.4g硝酸钠加入到盛有浓硫酸的锥形瓶中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解；再将2.5g粒径为30μm的石墨粉末加入到锥形瓶中，采用冰水浴控制锥形瓶内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅混合溶液拌90min；然后将1.4g高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却锥形瓶，确保锥形瓶内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将5.6g高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为6min；再将锥形瓶置于型号为SDC-6的低温恒温槽内，控制锥形瓶内混合溶液的温度为13℃，搅拌混合溶液30min后，将锥形瓶从SDC-6型低温恒温槽中取出，应用型号为HH-S4的数控恒温水浴锅控制锥形瓶内混合溶液的温度为29℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后将92g去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；待去离子水加入完毕，将悬浮浑浊液在29℃温度下搅拌反应24min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入24g质量浓度为30％的过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液，将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理6min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为24℃；氧化石墨分散液超声波处理处理后，对氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，之后将烧杯置于恒温水浴槽中，控制烧杯中去离子水的温度为60℃，透析过程中每隔12h更换一次烧杯中的去离子水，直至烧杯内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，并自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；将干燥后的凝胶态氧化石墨置于型号为SPEX8000高能量球磨机中进行研磨，球磨机中的转速为1425rpm/min，研磨处理时间为12min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将2.4g硫酸锰固体粉末放入容积为50mL烧杯中，然后将20g去离子水加入到烧杯中，室温下下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，并将混合溶液超声波处理40min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为24℃；然后将1.4g高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的混合溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解，将混合溶液转入到容积为25mL、内衬层为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后后，关闭电炉使其自然冷却至室温，将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将50g质量浓度为98％的水合肼加入到135g无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为27％的水合肼乙醇溶液；然后将平均粒径为0.15μm、质量为1g的聚四氟乙烯粉末置于上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的烧杯，室温磁力搅拌50min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢率网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的烧杯上；为保证烧杯中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与烧杯接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的烧杯置于温度为74℃的烘箱中进行紫外辐照处理26h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
将1g纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中超声振荡70min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为28℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；然后将9g胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌130min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；之后将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入型号为Y04-50的冷模压模具中进行压制成型，压制压力为35Mpa，压制时间为14min；将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得直径为43.8mm、厚度为3.2mm的圆盘状纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温25min，关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
实施例3
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①氧化石墨粉末的制备：
将86g质量浓度为98％的浓硫酸加入到容积为250mL锥形瓶中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将1.6g硝酸钠加入到盛有浓硫酸的锥形瓶中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解，再将3.6g粒径为30μm的石墨粉末加入到锥形瓶中，采用冰水浴控制锥形瓶内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅混合溶液拌90min；然后将1.6g高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却锥形瓶，确保锥形瓶内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将6.4g高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为7min；将锥形瓶置于型号为SDC-6的低温恒温槽内，控制锥形瓶内混合溶液的温度为14℃，搅拌混合溶液30min后，将锥形瓶从SDC-6型低温恒温槽中取出，应用型号为HH-S4的数控恒温水浴锅控制锥形瓶内混合溶液的温度为31℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后将94g去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；待去离子水加入完毕，将悬浮浑浊液在31℃温度下搅拌反应26min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入26g质量浓度为30％的过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液；将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理7min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为26℃；再对对氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，之后将烧杯置于恒温水浴槽中，控制烧杯中去离子水的温度为60℃，透析过程中每隔12h更换一次烧杯中的去离子水，直至烧杯内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，并自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；将干燥后的凝胶态氧化石墨置于型号为SPEX8000高能量球磨机中进行研磨，球磨机的转速为1425rpm/min，研磨处理时间为14min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将3.6g硫酸锰固体粉末放入容积为50mL烧杯中，然后将20g去离子水加入到烧杯中，室温下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，并将混合溶液超声波处理50min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为26℃；然后将1.8g高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的混合溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解；将混合溶液转入到容积为25mL、内衬层为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温；将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将50g质量浓度为98％的水合肼加入到120g无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为30％的水合肼乙醇溶液；然后将平均粒径为0.15μm、质量为1.1g的聚四氟乙烯粉末置于上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的烧杯，室温磁力搅拌55min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢率网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的烧杯上；为保证烧杯中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与烧杯接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的烧杯置于温度为76℃的烘箱中进行紫外辐照处理28h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
将1.5g纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中超声振荡80min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为30℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；然后将8.5g胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌140min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；之后将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入型号为Y04-50的冷模压模具中进行压制成型，压制压力为40Mpa，压制时间为16min，将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得直径为43.8mm、厚度为3.2mm的圆盘状纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温30min；最后关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
实施例4
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①氧化石墨粉末的制备：
将90g质量浓度为98％的浓硫酸加入到容积为250mL锥形瓶中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将2g硝酸钠加入到盛有浓硫酸的锥形瓶中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解；再将4g粒径为30μm的石墨粉末加入到锥形瓶中，采用冰水浴控制锥形瓶内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅混合溶液拌90min；然后将1.8g高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却锥形瓶，确保锥形瓶内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将7.2g高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为8min；将锥形瓶置于型号为SDC-6的低温恒温槽内，控制锥形瓶内混合溶液的温度为15℃，搅拌混合溶液30min后，将锥形瓶从SDC-6型低温恒温槽中取出，应用型号为HH-S4的数控恒温水浴锅控制锥形瓶内混合溶液的温度为33℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后将98g去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；待去离子水加入完毕，将悬浮浑浊液在33℃温度下搅拌反应30min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入30g质量浓度为30％的过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液；将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理8min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为30℃；再对氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，之后将烧杯置于恒温水浴槽中，控制烧杯中去离子水的温度为62℃，透析过程中每隔12h更换一次烧杯中的去离子水，直至烧杯内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，并自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；将干燥后的凝胶态氧化石墨置于型号为SPEX8000高能量球磨机中进行研磨，球磨机中的转速为1425rpm/min，研磨处理时间为15min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将4g硫酸锰固体粉末放入容积为50mL烧杯中，然后将20g去离子水加入到烧杯中，室温下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，并将混合溶液超声波处理60min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为30℃；然后将2g高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的混合溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解；将混合溶液转入到容积为25mL、内衬层为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后；混合溶液水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温，将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物，直至洗涤水的pH为中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将50g质量浓度为98％的水合肼加入到100g无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为33％的水合肼乙醇溶液；然后将平均粒径为0.15μm、质量为1.2g的聚四氟乙烯粉末置于上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的烧杯，室温磁力搅拌60min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢率网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的烧杯上；为保证烧杯中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与烧杯接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的烧杯置于温度为80℃的烘箱中进行紫外辐照处理30h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
将2g纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到24g无水乙醇中超声振荡90min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为35℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；然后将8g胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌150min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；之后将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入型号为Y04-50的冷模压模具中进行压制成型，压制压力为45Mpa，压制时间为20min，将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得直径为43.8mm、厚度为3.2mm的圆盘状纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温20～35min；关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。

Claims (1)

1.一种纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：
(1)纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
①所用化学原料：
质量浓度为98％的浓硫酸、硫酸锰、高锰酸钾、硝酸钠、粒径为30μm石墨超细粉末以及质量浓度为30％的过氧化氢，其用量有如下质量比例关系：浓硫酸：硫酸锰：高锰酸钾：硝酸钠：石墨粉末：过氧化氢＝80～90：2～4：7～11：1～2：2～4：20～30；
②氧化石墨粉末的制备：
a、将浓硫酸放入容器中，采用冰水浴冷却使其温度保持在0～5℃之间；然后将硝酸钠加入到盛有浓硫酸的容器中，磁力搅拌，使加入的硝酸钠完全溶解；再将石墨粉末加入到上述容器中，采用冰水浴控制容器内混合溶液温度不高于5℃，磁力搅拌混合溶液90min；然后将质量分数为16-18％的高锰酸钾固体粉末缓慢加入混合溶液中，采用冰水浴冷却容器，确保容器内混合溶液的温度不高于10℃，将混合溶液搅拌30min；之后在1h内，再将质量分数为65-68％的高锰酸钾固体粉末按等质量分为3份，分3批次缓慢地将其加入到混合溶液中，每批次高锰酸钾固体粉末加入的时间为5～8min；最后，待高锰酸钾固体粉末全部加入后，将容器置于低温恒温槽内，控制容器内混合溶液的温度为12～15℃，并搅拌混合溶液30min；
b、将步骤a的容器从低温恒温槽中取出，用数控恒温水浴锅控制容器内混合溶液的温度为27～33℃，此温度下混合溶液搅拌反应2h，得到颜色为褐色的悬浮浑浊液，然后按去离子水与悬浮浑浊液的体积比1.9～2.0：1的比例，将去离子水缓慢滴加入到褐色的悬浮浑浊液中；将悬浮浑浊液在27～33℃温度下搅拌反应20～30min，之后向悬浮浑浊液中缓慢加入过氧化氢，此时得到溶液颜色为亮黄色的氧化石墨分散液，将氧化石墨分散液置于超声波处理器中进行超声波处理5～8min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；
c、对步骤b的氧化石墨分散液进行透析处理，首先将石墨分散液转移至截留分子量为8000～14000的透析袋中，然后将透析袋置于盛有去离子水的容器中，将容器置于恒温水浴槽中，控制容器中去离子水的温度为58～62℃，透析过程中每隔12h更换一次容器中的去离子水，直至容器内的去离子水pH值不低于5.5，此时得到凝胶状的氧化石墨；将凝胶状氧化石墨从透析袋中取出，并将其置于烘箱中干燥处理，烘箱烘干温度为60℃，烘干24h后将其从烘箱中取出，自然冷却至室温，得到块状的凝胶态氧化石墨；
d、将步骤c干燥后的凝胶态氧化石墨置于高能量球磨机中进行研磨，球磨机的转速为1425rpm/min，研磨时间为10～15min；即得到平均粒径为0.5μm的氧化石墨粉末；
③纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料的制备：
将硫酸锰固体粉末放入容器中，按硫酸锰与去离子水的质量比＝1-2：10的比例，将去离子水加入到容器中，室温下磁力搅拌器使硫酸锰固体粉末充分溶解，将步骤②制得的氧化石墨粉末加入硫酸锰溶液中，进行超声波处理30～60min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为20～30℃；然后将质量分数为14～19％的高锰酸钾固体粉末加入到超声波处理的硫酸锰溶液中，室温搅拌使高锰酸钾固体粉末全部溶解，再将混合溶液转入到不锈钢反应釜中，拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中，控制电炉炉堂内的温度为150℃，使不锈钢反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后，关闭电炉使其自然冷却至室温，将不锈钢反应釜从电炉中取出，打开不锈钢反应釜的密封盖，将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理，离心机转速为4000rpm/min，离心时间为10min，并用去离子水多次离心洗涤所得到的沉淀物至中性；之后将去离子水洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中，控制真空干燥箱的温度为60℃，对沉淀物干燥处理12h，再将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为超细粉末，即得到平均粒径为0.5μm的纳米β-二氧化锰-氧化石墨复合材料；
(2)聚四氟乙烯粉末的胺化处理：
在通风橱内，将质量浓度为98％的水合肼加入到无水乙醇中，磁力搅拌15min，配制质量浓度为25～33％的水合肼乙醇溶液；然后按水合肼与平均粒径为0.15μm的聚四氟乙烯粉末质量比为63～42：1的比例，将聚四氟乙烯粉末加入到上述水合肼乙醇溶液中，并用保鲜膜密封盛有水合肼乙醇溶液的容器，室温磁力搅拌45～60min；之后在通风橱内将聚四氟乙烯粉末从水合肼乙醇溶液中分离出来并平铺于洁净的网眼尺寸为200目的不锈钢滤网上，同时将不锈钢滤网置于盛有水合肼乙醇溶液、并用保鲜膜密封上部的容器上；为保证容器中的水合肼乙醇溶液能够挥发与聚四氟乙烯粉末接触，不锈钢滤网与容器接触处的保鲜膜留有直径为1.5cm的孔洞；之后迅速将平铺有水合肼浸渍处理的聚四氟乙烯粉末的不锈钢滤网连同盛有水合肼乙醇溶液的容器置于温度为70～80℃的烘箱中进行紫外辐照24～30h，烘箱顶部安装有紫外灯，紫外灯的功率为40W，紫外灯辐照出的紫外线波长为254nm，紫外灯与不锈钢滤网的垂直距离为15cm，同时烘箱顶部留有一直径为1cm的小孔，由此孔挥发出的蒸气用另外单独配制的质量浓度为5％的过氧化氢水溶液吸收；之后将上述紫外辐照后的聚四氟乙烯粉末从烘箱中取出并置于真空干燥箱中，于80℃温度下烘干6h，即得胺化处理的聚四氟乙烯粉末；
(3)纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的制备过程：
①所用原料：
步骤(1)中制得的纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料、步骤(2)中胺化处理的聚四氟乙烯粉末和无水乙醇；上述各原料用量有如下质量比例关系：纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料：胺化处理的聚四氟乙烯粉末：无水乙醇＝5～20：80～95：240；
②纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末的制备：
a、首先将纳米β-二氧化锰-氧化石墨的复合材料粉末加入到无水乙醇中超声振荡60～90min，超声波频率为40kHz，超声波水浴的温度为25～35℃，使纳米二氧化锰-氧化石墨的粉末在无水乙醇中均匀分散；
b、然后将胺化处理的聚四氟乙烯粉末加入到上述纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末的乙醇溶液中，室温下磁力搅拌120～150min，确保胺化处理的聚四氟乙烯粉末与纳米β-二氧化锰-氧化石墨粉末在乙醇溶剂中均匀分散，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液；
d、将制备的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯乙醇混合溶液置干燥箱中，于100℃温度下干燥处理24h，即制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末；
③纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料的成型处理：
a、首先将步骤②制备的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯混合粉末装入冷模压模具中进行压制成型，压制压力为30～45Mpa，压制时间为10～20min；混合粉末压制处理后，将其从冷模压模具中取出，对其进行修整去除毛刺，使其光滑平整，制得纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片；
b、将修整后的纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料薄片置于温控电炉中进行热处理，首先将电炉温度自室温以1℃/min的升温速率升至375℃，并在375℃保温30min；然后将电炉温度由375℃降温到200℃，此降温过程所需时间为30min，电炉在200℃保温20～35min；关闭电炉电源，使其温度由200℃自然冷却室温，将热处理后的薄片取出，即得到纳米β-二氧化锰-氧化石墨-聚四氟乙烯耐磨减摩复合材料。
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