[發明專利]一種橡膠基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910011291.7
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109503879B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 強力;張俊彥;張斌;高凱雄;白常寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08J7/06
• 分類號: C08J7/06;C23C14/06;C23C14/20;C23C14/35;C08L27/12;C08L9/02;C08L83/04
• 代理公司: 北京智客聯合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11700
• 代理人: 李戍

本發明公開了一種橡膠基復合材料，該橡膠基復合材料包括橡膠基底；在橡膠基底上交替沉積的金屬層和陶瓷層；以及，作為最外層的摻陶瓷碳層。與現有橡膠碳薄膜復合材料相比，本發明復合材料具有承載力高、結合力高、摩擦低的特點，制備過程簡單，易于實現大面積工業化應用。

技術領域

本發明屬于橡膠密封材料領域，具體涉及一種用于密封件的橡膠基復合材料。

背景技術

現代工業設備中存在大量的密封裝置，用以防止工作介質泄漏及外界灰塵和異物侵入。密封介質一旦泄漏，會造成能源浪費、物料流失、設備損壞、環境污染，從而損害工作人員健康，甚至會釀成火災、引起爆炸、造成停產、直接危及人身安全，帶來巨大經濟損失。目前，大多密封泄漏事故均與密封件的磨損失效有關。例如，1986年１月28日，美國 “挑戰者”號航天飛機升空后不久爆炸，造成這場航天史上最大悲劇的主要原因是左側火箭助推器連接處Ｏ形環密封圈磨損失效引起的泄漏。因此，密封件磨損失效是機械設備密封系統關鍵共性技術問題之一。

橡膠由于其彈性模量小、伸長率高、耐密封介質腐蝕性能強，因此作為重要的動密封部件廣泛應用于航空航天、汽車、化工機械等技術領域。然而，當橡膠與金屬配副時會產生巨大的粘著摩擦力和滯后摩擦力，使得橡膠密封件與裝配件之間產生磨損，從而使橡膠密封件使用壽命大大地減短，同時影響系統安全性和精確性。因此，減小橡膠密封件與裝配件之間的摩擦力具有重要的意義。傳統降低橡膠密封件磨損的主要方法是在橡膠體與金屬配副之間形成油膜降低摩擦力。但由于油液在重力作用下會流到底部而形成油污，如不及時清理會使得半自動化或自動化機械設備被堵塞，從而導致設備停工維修。此外，由于潤滑油受到熱及介質的影響，基礎油和稠化劑被氧化，導致潤滑油結構被破壞，造成潤滑油失效。因此，探尋有效的改善橡膠密封件耐磨性的方法迫在眉睫。

由于材料摩擦磨損總是發生在材料的表面或亞表面，因此表面固體潤滑碳薄膜改性技術無疑是最理想的方法。碳薄膜與橡膠具有良好的化學相容性，而表面改性又不會改變橡膠基底的自身屬性(如柔韌性，抗拉強度等)，因而是橡膠表面耐磨改性的理想材料。改性后橡膠與金屬配副之間的接觸轉變為碳薄膜與金屬配副之間的摩擦，避免了橡膠基體與摩擦副直接接觸，從而有效降低了薄膜的粘著磨損。然而，橡膠是軟基底而碳薄膜是硬質涂層，如何確保其良好的結合力是重中之重。

發明內容

針對橡膠與碳薄膜結合力差的問題，本發明提供了一種具有高結合力的橡膠基復合材料。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種橡膠基復合材料，其特點在于，所述橡膠基復合材料包括橡膠基底；

在橡膠基底上交替沉積的金屬層和陶瓷層；

以及，作為最外層的摻陶瓷碳層。

優選地，所述橡膠基底為氟橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠中的任意一種，優選地，所述橡膠基底的表面光潔度Ra＜200nm，厚度為0.5～5mm。

優選地，所述金屬層為Al層或Cu層。

優選地，所述陶瓷層則為SiC層或WC層。

優選地，所述摻陶瓷碳層為摻SiC或WC的碳層，更優選地，所述摻陶瓷碳層為摻SiC或WC納米顆粒的碳層。

優選地，交替沉積的金屬層和陶瓷層共有4～10層，如4、6、8、10層，以控制交替沉積的最后一層為陶瓷層。以使摻陶瓷碳層與陶瓷層接觸。

上述的橡膠基復合材料的制備方法，包括：

在橡膠基底上交替沉積金屬層和陶瓷層；

以及，沉積摻陶瓷碳層。

優選地，所述沉積的方式為真空濺射沉積。