CN110104963B - 一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料，该镀膜材料具有多层结构，包括依次生长于玻璃盖板基体表面的氟硅烷聚合物膜层、钇掺杂的纳米氧化钛多孔层、聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层；其厚度依次为1‑2μm、2‑3μm、1‑2μm，所述钇掺杂的纳米氧化钛多孔层的孔隙率为10‑15%，孔径大小为10‑20nm；所述聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层中的聚合物为N,N‑亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸的聚合物。本发明还公开了该玻璃盖板镀膜材料的制备方法。本发明制得的镀膜材料与玻璃盖板基体具有良好的结合性能，摩擦性能优异，力学性能好。

Description

一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及镀膜材料领域，具体涉及一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料及其制备方法。
背景技术：
玻璃盖板是由玻璃制作的一种盖板，虽然在强度上比不上一些金属盖板，但是其防腐蚀性能是金属盖板远远不能相比的。随着触控屏的应用普及，玻璃盖板凭借着其优异的力学性能和光学性能成为智能手机、平板电脑、太阳能电池等产品的触控膜组的保护盖板主流产品。玻璃盖板作为智能端最重要的构成部件之一，其制造拥有巨大的市场存量以及增长潜力，是众多国家和企业争夺的焦点。触摸屏玻璃盖板的生产技术在国外的一些发达国家的技术已经非常成熟，但技术严格保密，且产品属于高尖领域的前沿技术，而我国对于玻璃盖板的研究起步较晚，缺乏规模和系统的生产线，以及专有的设备。国内缺乏成功的技术借鉴，投入生产过程中的批量化生产需要大量的资金和技术投入，并且风险性极高。玻璃盖板主要作用是保护显示屏，应具有优异的力学性能，为达到以上要求，玻璃盖板在加工过程中通常采用化学强化。
目前对玻璃盖板表面处理常为防滑和耐磨处理以及耐腐蚀处理。常用的方法就是在玻璃盖板表面进行镀膜处理。镀膜处理的方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶凝胶法、蒸发法、磁控溅射法等。目前的镀膜技术中存在的主要问题有膜层之间以及膜层与玻璃之间的结合强度有待进一步改善，且膜层会影响玻璃盖板的透过率，膜层的力学性能也需要进一步提高。
专利(申请号：200810095635.9，申请日：2008.04.27)公开了一种高硬度低摩擦系数纳米多层调幅结构镀层及其制备方法，采用闭合磁场非平衡磁控溅射离子镀方法镀制Cr-Si-N镀层。制备时Cr靶电流的输入功率为2kW，Si靶电流的输入功率在0.3～0.7kW范围内变化，以调节镀层中的硅含量。在沉积CrN过渡层和Cr-Si-N层时通入的氩气流量为10sccm，基体直流脉冲偏压为-60V。沉积CrN过渡层和Cr-Si-N层时氮气的流量用置于Cr靶近表面的光发射谱装置进行闭环控制，以精确调变镀层的成分。镀层具有纳米多层调幅结构，从基体向外依次为Cr界面层、CrN过渡层、CrN和Si3N4交替排列的Cr-Si-N调幅结构层，最外层是Cr-Si-N调幅结构层。其中外层Cr-Si-N调幅结构层的调幅波长小于50nm，硬度大于20GPa，最高超过30GPa，具有优异的膜基结合强度(划痕法测定临界载荷大于85N)，和WC球之间的摩擦系数小于0.5。该镀层材料可以用于高载荷服役条件下的机械零部件，以及机械加工行业的刀具和模具。但是其镀层的耐腐蚀性能不好，且在制备过程中会产生大量的含铬废水，给环境带来了严重的污染。专利(申请号：201210479332.3，申请日：2012.12.22)公开了一种可见光减反射和防油污双功能镀膜玻璃及其制备方法，该镀膜玻璃的膜层结构按顺序排列为：玻璃基片、基层膜、过渡层膜、表面层膜；其中，基层膜为硅化合物膜，过渡层膜为硅-氟化合物膜，表面层膜为氟-硅有机化合物膜；膜层总厚度为90～140nm。基层用辊涂法、过渡层和表面层用喷涂法在玻璃上成膜；镀膜玻璃在380nm至1100nm光谱波长范围内，透射率提高2.5～3.5％；膜层硬度3.0H～4.5H；镀膜玻璃的水润湿角105°～142°。该发明的镀膜玻璃可用于电子显示玻璃面板、封装玻璃盖板、橱窗和像框、机车和轮船窗玻璃等使用玻璃的领域，防油污以及防止眩光。该膜层可有效改善玻璃盖板的耐摩擦性能，但是其成本较高。专利(申请号：201710963120.5，申请日：1017.10.17)公开了一种高硬度耐磨玻璃盖板及其制备方法，包括依次接触的玻璃基体、SiO2层、含氢DLC层和Si掺杂的DLC层；所述Si掺杂的DLC层中Si的原子百分含量为8～14％。本发明结合含氢类金刚石的特点，设计了一种新型双层的类金刚石膜层结构，通过在DLC层中掺杂适当含量的Si，在保证高的光学透过率的条件下，提高膜层的硬度及耐摩擦性能，降低膜层的动摩擦系数。本发明还提供了一种高硬度耐磨玻璃盖板的制备方法，本发明通过磁控溅射的方法，在玻璃盖板基体表面依次镀膜，将各膜层紧密结合在一起，进一步提高产品的耐摩擦性能。但是该方法对于设备要求高，大大增加了制备成本。专利(申请号：201310108950.1，申请号：2013.03.29)公开了一种触摸屏用玻璃盖板及其制备方法，其中触摸屏用玻璃盖板采用超薄玻璃先经过化学钢化再镀一层类金刚石薄膜而制成。本发明在保证高可视性的同时提高强度与耐划伤性，而无需消费者后续贴膜处理。该方法制得的镀膜虽然能改善玻璃的耐摩擦性能，提高玻璃盖板的硬度，但是膜层与玻璃盖板基体的结合性能不佳。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料，该材料与玻璃盖板基体具有良好的结合性能，硬度大，具有良好的耐摩擦性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料，该镀膜材料具有多层结构，包括依次生长于玻璃盖板基体表面的含氟聚合物膜层、钇掺杂的纳米氧化钛多孔层、聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层；其厚度依次为1-2μm、2-3μm、1-2μm，所述钇掺杂的纳米氧化钛多孔层的孔隙率为10-15％，孔径大小为10-20nm；所述聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层中的聚合物为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸的聚合物。
本发明还公开了该超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)将氟单体溶于DMF中，加入钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得含氟聚合物膜层；
(3)将四氯化钛溶于无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应1-5h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加石墨烯水分散液；室温下搅拌水解反应3-7h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应60-300min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述氟单体为全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，氟单体、钛酸酯偶联剂、过氧化二苯甲酰的质量比为10：(0.001-0.002)：(0.03-0.05)。
聚乙二醇可与金属离子络合，从而控制金属离子的沉淀速度，聚乙二醇的添加量可以控制氧化物颗粒的粒径大小。优选的，本发明公开的聚乙二醇水溶液的质量浓度为10％，聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为(0.015-0.035)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述硝酸钇水溶液、氨水溶液的质量浓度分别为5％、20％。
钇的掺杂可有效改善膜层在可见光处的反射和透过率。作为优选，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：(0.005-0.01)。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、十二烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基磺基甜菜碱中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述石墨烯水分散液的质量浓度为1-5％。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，正硅酸乙酯、石墨烯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、乳化剂、过硫酸钾的用量以重量份计分别为：正硅酸乙酯5-11份、石墨烯0.11-0.14份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺1-4份、丙烯酸2-3份、乳化剂0.1-0.3份、过硫酸钾0.1-0.2份。
本发明具有以下有益效果：
本发明在玻璃盖板基体上首先沉积含氟聚合物层，不仅起到粘结作用，而且还有效改善了玻璃盖板的疏水性能，避免了膜层疏水性差，易吸收空气中的水分造成透过率下降的问题。为了进一步提高玻璃盖板的耐磨性能，本发明还在含氟聚合物膜层表面制备掺杂钇的纳米氧化钛多孔膜层，本发明通过有效控制钇的掺杂量以及在制备过程中聚乙二醇的添加量，制得具有一定孔隙率的膜层，一方面，由于孔洞的存在，会在一定程度上提高膜层的透过率，另一方面，由于孔洞的存在，膜层易吸收空气中的水分，引起折射率的上升，从而透过率大大降低。本发明有效控制孔隙率的大小，并掺杂一定的钇，在提高膜层耐磨性的同时也改善了膜层的透过率。
本发明在掺钇纳米氧化钛多孔膜层表面制备聚合物修饰的纳米氧化硅层，首先采用溶胶凝胶法制备硅源溶液，然后加入石墨烯水分散液，硅源在水的存在下发生有效水解，制得的二氧化硅有效分散于石墨烯纳米片表面，避免了颗粒之间的团聚；而且本发明还对颗粒进行聚合物包覆，制得的胶液稳定性好，聚合物的包覆也有效提高了膜层之间的结合性能，石墨烯纳米片的修饰一方面保证了纳米氧化硅的分散性，另一方面还提高了膜层的耐磨性能，在不影响膜层透过率的前提下，提高了膜层的力学性能。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.001g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.03g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.015：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.005，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应1h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将5份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为1％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为5：0.11；室温下搅拌水解反应3h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入1份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2份丙烯酸、0.1份乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入0.1份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应60min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
实施例2
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.002g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.05g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.035：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.01，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应5h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将11份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为5％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为11：0.14；室温下搅拌水解反应7h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入4份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、3份丙烯酸、0.3份乳化剂，1500r
pm下搅拌混合30min，然后加入0.2份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应300min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
实施例3
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.0012g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.033g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.02：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.006，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应2h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将6份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为2％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为6：0.12；室温下搅拌水解反应4h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入2份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2.2份丙烯酸、0.15份乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入0.12份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应100min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
实施例4
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.0014g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.036g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.025：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.007，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应3h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将7份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为3％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为7：0.125；室温下搅拌水解反应5h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入2.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2.4份丙烯酸、0.2份乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入0.14份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应150min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
实施例5
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.0016g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.04g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.025：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.007，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应3h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将8份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为1-5％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为7：0.13；室温下搅拌水解反应5h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入3份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2.6份丙烯酸、0.2份乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入0.16份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应200min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
实施例6
(1)将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
(2)称取10g全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯溶于50mL DMF中，加入0.0018g钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入0.045g过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤(1)所述的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得厚度为1-2μm的含氟聚合物膜层；
(3)称取1mol四氯化钛溶于50mL无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，保持聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为0.03：1，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：0.009，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后将混合液在60℃下搅拌反应4.5h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
(4)以重量份计，将10份正硅酸乙酯溶于50mL无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加质量浓度为4.5％的石墨烯水分散液；保持正硅酸乙酯、石墨烯的质量比为10：0.13；室温下搅拌水解反应6h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入3.5份N,N-亚甲基双丙烯酰胺、2.8份丙烯酸、0.25份乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入0.18份过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应250min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
对比例1
纳米氧化钛层未掺杂钇，其他条件和实施例6相同。
对比例2
纳米氧化硅耐磨层未采用石墨烯纳米片进行修饰，其他条件和实施例6相同。
对比例3
未镀膜的玻璃盖板。
下面本发明对制得的镀膜材料进行性能测试，测试方法和测试结果如下：
1、硬度测试
采用MH-5维氏硬度计对镀膜材料进行测试，选用努氏压头，载荷25g，保载时间10s，每试样在不同位置测量6点取平均值。
2、镀膜材料与基体的结合强度测试
采用Teer ST2200划痕仪定量测量镀层的结合强度，载荷从10N开始增加，滑动速度10mm/min，观察镀膜材料有明显脱落的临界载荷作为镀层的结合强度。
3、透过率测试
本发明采用岛津公司生产的UV-2550紫外-可见分光光度计，测试的波长范围为300～900nm，扫描步长为0.5nm，扫描方式为高速。该设备在使用过程中需要放置未镀膜的空白衬底作为对比样，测试出来的透射光谱可通过选区得到在不同波段的平均透过率。
4、耐中性盐雾测试
测试条件：质量浓度为5％的氯化钠溶液，温度35℃，溶液的pH为6.5-7.2，将镀膜后的玻璃盖板置于上述溶液中浸泡96h，取出，洗涤后，自然晾干，测试实验前后的太阳光透过率，通过透过率的变化来表征耐中性盐雾的能力。
5、耐磨性能
采用球盘磨损试验机测量，对磨材料为直径为5mm的WC-6％Co硬质合金球，相对滑动速度120m/min，载荷20N，磨损时间30min。通过镀膜采用与WC球之间的摩擦系数来表征其耐磨性能，摩擦系数越小，耐磨性能越优异。
测试结果如表1所示。
表1
Figure GDA0003202998080000121
Figure GDA0003202998080000131
从上述测试结果可以看出，本发明制得的镀膜材料与玻璃盖板具有良好的结合性能，且钇掺杂后能有效改善镀膜材料的透过率，而且本发明在最外层加入适量的石墨烯进行改性，在不影响镀膜材料透过率的前提下有效提高了镀膜材料的耐磨性能。
虽然已经对本发明的具体实施方案进行了描述，但是本发明的许多其他形式和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。应理解所附权利要求和本发明通常涵盖本发明真实精神和范围内的所有这些明显的形式和改变。

Claims (10)

1.一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料，其特征在于，该镀膜材料具有多层结构，包括依次生长于玻璃盖板基体表面的含氟聚合物膜层、钇掺杂的纳米氧化钛多孔层、聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层；其厚度依次为1-2μm、2-3μm、1-2μm，所述钇掺杂的纳米氧化钛多孔层的孔隙率为10-15%，孔径大小为10-20nm；所述聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层中的聚合物为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸的聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将玻璃盖板依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水清洗，干燥；
（2）将氟单体溶于DMF中，加入钛酸酯偶联剂，搅拌混合均匀后加入过氧化二苯甲酰，升温至60-70℃，搅拌反应制得聚合物溶液，将其喷涂于步骤（1）的预处理玻璃盖板基体表面，100℃下干燥处理10-20min，制得含氟聚合物膜层；
（3）将四氯化钛溶于无水乙醇中，然后同时滴加硝酸钇水溶液、聚乙二醇水溶液和氨水溶液，边滴加边搅拌，滴加结束后继续搅拌20min，然后升温至60℃，搅拌反应1-5h，冷却至室温制得混合胶液；将混合胶液喷涂于含氟聚合物膜层表面，首先在100℃下干燥处理30min，然后200℃下处理10min，制得钇掺杂的纳米氧化钛多孔层；
（4）将正硅酸乙酯溶于无水乙醇中制得正硅酸乙酯溶液，向正硅酸乙酯溶液中缓慢滴加石墨烯水分散液；室温下搅拌水解反应3-7h，然后于反应釜内120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温过滤，将滤后的固体重新分散于去离子水中，加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、乳化剂，1500rpm下搅拌混合30min，然后加入过硫酸钾，升温至90℃，搅拌反应60-300min，反应结束后冷却至室温，制得混合胶液；将制得的混合胶液喷涂于钇掺杂的纳米氧化钛多孔层表面，120℃下处理30min，制得聚合物修饰的纳米氧化硅耐磨层。
3.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述氟单体为全氟丁基乙基甲基丙烯酸酯。
4.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，氟单体、钛酸酯偶联剂、过氧化二苯甲酰的质量比为10：（0.001-0.002）：（0.03-0.05）。
5.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，聚乙二醇水溶液的质量浓度为10%，聚乙二醇、四氯化钛的质量比控制为（0.015-0.035）：1。
6.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述硝酸钇水溶液、氨水溶液的质量浓度分别为5%、20%。
7.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，四氯化钛、硝酸钇的摩尔比为1：（0.005-0.01）。
8.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅烷偶联剂、十二烷基二甲基甜菜碱、十六烷基二甲基磺基甜菜碱中的一种。
9.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述石墨烯水分散液的质量浓度为1-5%。
10.根据权利要求2所述的一种超低耐摩擦系数玻璃盖板镀膜材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，正硅酸乙酯、石墨烯、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、乳化剂、过硫酸钾的用量以重量份计分别为：正硅酸乙酯5-11份、石墨烯0.11-0.14份、N,N-亚甲基双丙烯酰胺1-4份、丙烯酸2-3份、乳化剂0.1-0.3份、过硫酸钾0.1-0.2份。
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