[發明專利]一種金屬－塑料復合材料

無效

• 申請號: 96121451.1
• 申請日: 1996-12-24
• 公開（公告）號: CN1186017A
• 公開（公告）日: 1998-07-01
• 發明（設計）人: 閻逢元;薛群基;沈維長
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: B32B15/08
• 分類號: B32B15/08
• 代理公司: 中國科學院蘭州專利事務所
• 代理人: 方曉佳

本發明是一種能具有防腐、密封、自潤滑等綜合性能的金屬—塑料復合材料。它適用于飛機、汽車、化學化工設備等有關部件的潤滑，尤其適用于中等腐蝕條件及密封條件下有關部件的潤滑。

盡管聚四氟乙烯(PTFE)及一些聚合物材料具有良好的自潤滑性能，但是其機械強度低、耐磨損性能差、且在外力作用下易產生冷流，因而決定了它們在實際應用中必須填充填料來克服上述缺點。金屬—塑料復合材料是一種在摩擦學領域中廣泛應用的具有自潤滑耐磨性的塑料基復合材料，其基本組成為鋼背層、多孔青銅層、PTFE或其它塑料或塑料復合材料層。這種三層構型的金屬—塑料復合材料具有良好的機械強度、高耐磨性、易精細機加工、并可克服冷流問題，因而被廣泛的應用于潤滑及密封等工況條件。從其結構可以看到，鋼背起到了提高機械強度并保證了加工性，從而可成型精密尺寸的軸套及墊片等；多孔青銅層是由青銅球粉堆積熔粘構成，它提供了大量的孔洞從而保證了表面塑料層與底材的機械結合強度，在一定磨損條件下該青銅層還相當于一種優良的填料，可提高整體材料的耐磨壽命；表面塑料層是決定復合材料具有自潤滑、密封等應用性能的基本因素。金屬—塑料復合材料的成型關鍵，在于多孔青銅層同底材的結合，為達到良好的熔粘效果，傳統的工藝是在還原氣氛(如氫氣)下高溫燒結，使銅球表面微熔并相互粘結，在此之前底材還需要進行鍍銅處理。而鍍銅處理則要求底材最好為碳鋼，這樣無形中限制了復合材料的底材種類從而大大縮小了金屬—塑料復合材料的應用范圍。例如，在腐蝕環境中一般來講不能使用金屬—塑料復合材料，因而化工腐蝕設備的潤滑問題是一個難點。在氫氣氣氛下的高溫燒結除了極具危險性以外，并使該類材料的成本大大提高，同時金屬經過高溫處理其強度會因退火或回火而發生極大的變化。所以說改善上述傳統成型工藝將有助于該類材料的更廣泛的應用。

本發明在于改進金屬—塑料復合材料的結構，提供一種金屬—塑料自潤滑復合材料，從而有效地彌補傳統金屬—塑料復合材料的不足，并能滿足更廣泛的工業應用要求，尤其是該類材料可在各種金屬或非金屬底材上成型，并能在中等腐蝕條件下提供良好的自潤滑、動密封等綜合性能。

本發明可通過如下措施來實現：

本發明由金屬層、粘結層、增強作用的金屬網或非金屬網、表面潤滑層組成。其中金屬層作為底材不僅提供了整體材料的機械強度、還可保證材料尺寸穩定，并為精密機加工提供了充分的條件；粘結層起到底材與表面潤滑層的連接作用，在使用過程中可有效的阻止應力的傳遞，在強剪切力作用下不至于發生斷裂；增強網起到了增強表面塑料潤滑層的機械強度、均分摩擦應力、減少表面材料的磨失、并能為材料提供一定的彈性，從而可滿足特定的使用要求；表面潤滑層主要提供材料的潤滑、密封等特性，在磨合初期其磨損很大，但很快就會達到平衡，并同增強網一起成為非常耐磨的工作面。

本發明選用的底材主要是各種金屬或合金，要求底材能夠承受溫度為450℃左右的低溫熱處理。底材厚度可任意選定。

本發明選用的粘結層材料可以是可溶性聚四氟乙烯(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚氟乙烯(PVF)、等含氟塑料，當粘結層的厚度為0.1～200μm時具有較高的粘結強度，并保證被粘表面層不需任何化學處理即可成型。

本發明選用的增強層可以是尼龍網、各種纖維網、銅網、鐵網、不銹鋼網等金屬或合金網，網的孔徑要求在0.061毫米～1.651毫米之間，最好在0.147毫米左右。該層被機械的嵌于粘結層和表面層之間，從而起到增強的作用。

本發明選用的表面層材料主要是聚四氟乙烯薄膜，或是其它具有類似性質的熱塑性高聚物材料，如高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚甲醛等薄膜，還可是上述填充聚合物薄膜，成型本發明材料無需對聚合物進行特殊表面處理。

本發明的具體制備過程如下：

1.對底材進行機械或化學表面處理，本發明不要求底材具有特定的表面粗糙度，但若要求粘結強度很高時(粘結破壞以內聚破壞為主時)，本發明建議在粗糙的底材上成型本復合材料。實現底材粗糙表面的方法可采用噴砂、機加工或打孔等方法。

2.材料按底材—粘結層—增強網—表面層(—增強網—粘結層—)排列，采用熱靜壓燒結或連續熱輥壓工藝成型。燒結溫度為聚合物成型溫度，成型壓力為10MPa～100MPa之間。對于熱靜壓燒結來講還需有10分鐘～10個小時的足夠的保溫時間，從而使燒結充分。

3.樣品稍冷即可出爐，便可進行燒結后的處理，如淬火、淬油及完全冷卻后的加工。

根據工況條件及本發明要求選擇合適的底材，要求底材耐溫性要高于表面塑料層材料。