包括含氟聚合物表面與非氟化聚合物過渡層的多層復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了軸承制品，可以包括具有青銅層的金屬基底；PEEK層；覆蓋并滲透所述PEEK層的PTFE組合物層。本發(fā)明公開了用于制備軸承制品的方法，可以包括提供具有燒結(jié)的青銅層的金屬基底，將非氟化聚合物靜電噴涂到所述金屬基底上，接著將氟化聚合物噴涂到所述非氟化聚合物上，并熱軋以形成層壓材料。
【專利說明】包括含氟聚合物表面與非氟化聚合物過渡層的多層復(fù)合材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及包含金屬載體、直接施加于其上的包含非氟化熱塑性塑料的過渡層和可以充當施加到過渡層上的滑動層的氟化聚合物的層壓材料。
【背景技術(shù)】
[0002]包含具有金屬載體材料、中間層和施加于其上的滑動層的層結(jié)構(gòu)的層壓材料在現(xiàn)有技術(shù)中早已以多種形式為人所知，并用于多個【技術(shù)領(lǐng)域】，例如在汽車工程領(lǐng)域中。
[0003]對于滑動軸承，尤其是常規(guī)01^軸承材料，由PTFE化合物材料組成的滑動層依次施加到中間層上。在該滑動軸承材料中，該中間層(其具有將滑動層牢固粘接到載體材料上的功能)僅僅是由青銅粒子燒結(jié)的青銅層。但是，該方法因多種原因而存在問題，包括層壓材料產(chǎn)品的性能限制和無法確保PTFE與載體材料之間的組合。因此，始終需要用于諸如滑動軸承的應(yīng)用的改善的層壓材料。
[0004]因此，有利的是能夠制造具有金屬載體與滑動層的強粘合性的層壓材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一方面，軸承制品可以包括金屬基底。該金屬基底可以包括青銅層。該軸承制品可以進一步包括聚醚醚酮(PEEK)層。聚四氟乙烯(PTFE)組合物層可以覆蓋并滲透該PEEK層。
[0006]在另一方面，形成層壓材料的方法包括提供金屬基底。該方法可以包括預(yù)熱該金屬基底。該方法可以包括用熱塑性粉末靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層。該熱塑性粉末可以包括非氟化熱塑性粉末。該方法可以包括用第二熱塑性粉末噴涂該過渡層。該第二熱塑性粉末可以包括氟化熱塑性粉末。
[0007]在另一方面，形成軸承制品的方法可以包括提供金屬基底。該方法可以包括用青銅層燒結(jié)該金屬基底。該方法可以進一步包括預(yù)熱該金屬基底。該方法可以包括用聚醚醚酮靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層。該方法可以包括用熱塑性粉末噴涂該過渡層。該熱塑性粉末可以包括氟化熱塑性粉末。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]通過參考附圖可以更好地理解本公開，其許多特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見。
[0009]圖1以截面視圖顯示了示例性滑動軸承；和
[0010]圖2顯示了用于形成層壓材料的方法。 [0011]不同附圖中使用相同的附圖標記顯示類似或相同的項目。
【具體實施方式】[0012]在一個實施方案中，軸承制品可以包括金屬基底、青銅層和聚醚醚酮(PEEK)層。聚四氟乙烯(PTFE)組合物層可以覆蓋并滲透該PEEK層。
[0013]在一個實施方案中，包括青銅層的金屬基底可以具有至少大約I微米、如至少大約2微米或大約5微米、至少大約10微米或甚至至少大約100微米的表面粗糙度。該金屬基底的表面粗糙度可以不大于大約200微米，如不大于大約150微米、不大于大約100微米或甚至不大于大約80微米。
[0014]在一個實施方案中，該青銅層可以用青銅粒子燒結(jié)。
[0015]在另一個實施方案中，該軸承制品包括厚度為至少大約10微米、如至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米或至少大約70微米的PEEK層。在另一個實施方案中，該軸承制品包括厚度為不大于大約500微米、如不大于大約400微米、不大于大約300微米、不大于大約200微米、不大于180微米或不大于大約150微米的PEEK層。
[0016]在另一個實施方案中，該軸承制品包括PEEK層，其中該PEEK層是多孔的?？紫堵?孔隙體積對PEEK層總體積的比)可以為至少大約0.05，如至少大約0.1或至少大約0.2。該孔隙率可以不大于大約0.8，如不大于大約0.7，或不大于大約0.5。
[0017]在一個實施方案中，該軸承制品包括厚度為至少大約10微米、如至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米或至少大約70微米的PTFE組合物層。在另一個實施方案中，該軸承制品包括厚度為不大于大約500微米、如不大于大約400微米、不大于大約300微米、不大于大約200微米、不大于180微米或不大于大約150微米的PTFE組合物層。
[0018]在一個實施方案中，該軸承制品以組合的聚合物層(即PEEK層與PTFE組合物層的組合)的至少大約10體積％、如至少大約20體積％、至少大約40體積％或至少大約50體積％的量包括PEEK。在另一個實施方案中，該軸承制品以組合的層(即PEEK層與PTFE組合物層的組合)的不大于大約80體積％、如不大于大約70體積％、不大于大約60體積％或不大于大約50體積％的量包括PEEK層。
[0019]在又一個實施方案中，該軸承制品具有進一步包括填料的PTFE組合物層。該填料可以包括纖維、玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺、無機材料、陶瓷材料、碳、玻璃、石墨、氧化鋁、硫化鑰、青銅、碳化硅、織造織物、粉末、球體、熱塑性材料、聚酰亞胺(PD、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚亞苯基砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、芳族聚酯(Ekonol)、礦物材料、硅灰石、硫酸鋇或其任意組合。
[0020]在一個實施方案中，形成層壓材料的方法可以包括提供金屬基底；預(yù)熱該金屬基底；用非氟化熱塑性粉末靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層。該方法可以進一步包括用氟化熱塑性粉末噴涂該過渡層以形成化合物層。
[0021]在另一個實施方案中，該方法可以進一步包括熱軋該過渡層。在另一個實施方案中，該方法可以包括熱壓該過渡層。
[0022]在一個實施方案中，該金屬基底包括燒結(jié)層。在另一個實施方案中，該金屬基底包括青銅層。在一個特定實施方案中，該金屬基底包括燒結(jié)青銅層。
[0023]在一個實施方案中，預(yù)熱該金屬基底包括在至少大約25°C、如至少大約30°C、至少大約40°C或至少大約60°C的溫度下預(yù)熱。在另一個實施方案中，預(yù)熱該金屬基底包括在不大于大約125°C、如不大于大約10(TC、不大于大約90°C或不大于大約80°C的溫度下預(yù)熱。在一個特定實施方案中，預(yù)熱該金屬基底包括在25°C至100°C的溫度下預(yù)熱。
[0024]在一個實施方案中，該方法包括用非氟化熱塑性粉末靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層至至少大約10微米、如至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米或至少大約70微米的厚度。
[0025]非氟化粉末可以具有至少大約I微米、如至少大約2微米、至少大約5微米或甚至大約10微米的平均粒度。在另一個實施方案中，該非氟化粉末可以具有不大于大約100微米、如不大于大約80微米、不大于大約60微米或甚至不大于大約40微米的平均粒度。
[0026]在另一個實施方案中，該方法包括用非氟化熱塑性粉末靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層至不大于大約500微米、如不大于大約400微米、不大于大約300微米、不大于大約200微米、不大于180微米或不大于大約150微米的厚度。
[0027]在一個實施方案中，用非氟化熱塑性粉末靜電噴涂該金屬基底可以包括選自聚醚醚酮(PEEK)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亞胺(PAI)或其任意組合的熱塑性粉末。
[0028]在一個實施方案中，噴涂該過渡層包括用氟化熱塑性粉末噴涂該過渡層。該氟化熱塑性粉末可以包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)或其任意組合。
[0029]在另一個實施方案中，噴涂該過渡層包括用氟化熱塑性粉末靜電噴涂該過渡層。
[0030]在另一個實施方案中，該方法可以進一步包括熱軋該化合物層。在另一個實施方案中，該方法可以包括熱壓該化合物層。
[0031]在一個實施方案中，形成軸承制品的方法包括提供金屬基底，用青銅層燒結(jié)該金屬基底，預(yù)熱該金屬基底，用聚醚醚酮靜電噴涂該金屬基底以形成過渡層。該方法可以進一步包括用氟化熱塑性粉末噴涂該過渡層以形成化合物層。
[0032]在一個實施方案中，該方法包括熱軋該化合物層。
[0033]如關(guān)于形成層壓材料的方法在上文所討論的那樣，在該方法中預(yù)熱該金屬基底包括在至少大約25°C、如至少大約30°C、至少大約40°C或至少大約60°C的溫度下預(yù)熱。在另一個實施方案中，預(yù)熱該金屬基底包括在不大于大約125°C、如不大于大約100°C、不大于大約90 °C或不大于大約80 V的溫度下預(yù)熱。在一個特定實施方案中，預(yù)熱該金屬基底包括在25°C至100°C的溫度下預(yù)熱。
[0034]在一個實施方案中，該過渡層具有至少大約10微米、如至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米或至少大約70微米的厚度。在另一個實施方案中，該過渡層具有不大于大約500微米、如不大于大約400微米、不大于大約300微米、不大于大約200微米、不大于180微米或不大于大約150微米的厚度。
[0035]該氟化熱塑性粉末包括聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)或其任意組合。 [0036]在一個實施方案中，該過渡層與該化合物層具有至少大約20微米、如至少大約40微米、至少大約80微米或至少大約100微米的組合厚度。在另一個實施方案中，該組合厚度為不大于大約I毫米，如不大于大約500微米或不大于大約300微米。[0037]實施例
[0038]高性能非氟化聚合物如PEEK具有有利的性質(zhì)如耐化學腐蝕性、電絕緣性、自潤滑性或?qū)?yīng)力的耐久性。氟化聚合物如PTFE具有有利的性質(zhì)如耐化學腐蝕性、耐熱性和低摩擦性。
[0039]圖1以截面視圖顯示了一種示例性層壓材料。層102描述了覆蓋并滲透層104的PTFE。層104由PEEK組成，圍繞并覆蓋元件106和背襯108。元件106是燒結(jié)到金屬背襯108上的青銅粒子。
[0040]圖2顯示了用于形成層壓材料的示例性方法。用PEEK粉末204噴涂包括經(jīng)由燒結(jié)到該金屬表面的表面上的青銅粒子粗糙化的表面的金屬基底202。該噴涂經(jīng)由能夠靜電噴涂的設(shè)備206進行。靜電噴涂產(chǎn)生多孔PEEK層214。該多孔PEEK層214可以施加至任何所需厚度。施加的PEEK的量可以依賴于諸如粘接到該金屬背襯上的所需強度的性質(zhì)或其它性質(zhì)例如電絕緣性(這可能需要更厚的層)得出。在噴涂該PEEK層后，通過刮板208平整該PEEK層。接著，由敷料器210將PTFE化合物粉末212施加到該多孔PEEK層214上。該PTFE化合物可以包括單一的PTFE聚合物或PTFE與另一種聚合物、填料、表面劑、軟化劑、增塑劑或任何其它有益試劑的混合物。
[0041]該PTFE化合物層可以施加至任何所需厚度，這取決于其商業(yè)目的。該PTFE化合物層可以噴涂到該多孔PEEK層上。例如，該PTFE也可以電噴涂。還考慮可以如圖2中所示依次、同時(未顯示在圖2中)或部分同時(未顯示在圖2中)噴涂PEEK和PTFE，即存在噴涂PEEK時的階段、施加PEEK和PTFE時的階段和施加PTFE時的階段。 [0042]在施加該PTFE化合物粉末時，該組件承受壓力和/或熱處理。如圖2中所示，該組件可以通過輥216壓制。在另一個實施方案中，輥216也可以加熱，由此壓延該組件?？梢杂眉訜崞?18施加熱220。任選地，在熱處理后，可以通過輥220壓制或壓延該組件以形成化合物層224。在其它未顯示在圖2中的實施方案中，該組件可以承受冷軋，并隨后進行聚合物或塑料燒結(jié)。
[0043]實施例1
[0044]將平均粒度為大約20微米的PEEK電噴涂到青銅燒結(jié)的鋼基底上。隨后，施加PTFE化合物材料。該PTFE化合物材料包括PTFE粉末、石墨和二硫化鑰。該PTFE粉末具有40微米的平均粒度，該石墨具有I微米至7微米的粒度。二硫化鑰具有大約3微米的平均粒度。
[0045]軋制該層壓材料以實現(xiàn)I毫米的層壓材料厚度，隨后該層壓材料在370°C下燒結(jié)2小時，接著在200°C下加熱。
[0046]根據(jù)China Standard GB3960-83 使用 Instrument Tribometer MA2000 進行摩擦測試。測試條件包括200N的載荷，旋轉(zhuǎn)速度:200rpm。表1總結(jié)了具有和不具有PEEK層的層壓材料的結(jié)果。在2小時摩擦測試后，在不具有PEEK層的層壓材料上金屬背襯變得可見，而具有PEEK層的層壓材料在表面上仍具有塑料。
[0047]表1
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種形成層壓材料的方法，所述方法包括: 提供金屬基底； 用非氟化熱塑性粉末靜電噴涂所述金屬基底以形成過渡層； 用氟化熱塑性粉末噴涂所述過渡層以形成化合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中金屬基底包括燒結(jié)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述燒結(jié)層用青銅粒子燒結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，進一步包括預(yù)熱所述金屬基底。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中預(yù)熱所述金屬基底包括在25°C至100°C預(yù)熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述過渡層具有至少大約10微米、如至少約30微米或至少約70微米的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述厚度為不大于約500微米，如不大于約300微米、不大于約180微米或不大于約150微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述過渡層的所述噴涂包括用氟化熱塑性粉末靜電噴涂所述過渡層。
9.根據(jù)權(quán)利要求 1至3中任一項所述的方法，其中所述非氟化熱塑性粉末選自聚醚醚酮(PEEK)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亞胺(PAI)或其任意組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中所述氟化熱塑性粉末選自聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)或其任意組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，進一步包括壓延所述化合物層，加熱所述化合物層，壓制所述化合物層或其任意組合。
12.一種軸承制品，包含: 具有青銅層的金屬基底； PEEK 層； 覆蓋并滲透所述PEEK層的PTFE組合物層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承制品，其中所述PEEK層具有至少大約10微米、如至少大約30微米或至少大約70微米的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承制品，其中所述PEEK層具有不大于約500微米、如不大于約300微米、不大于180微米或不大于約150微米的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的軸承制品，其中所述PTFE組合物層具有至少約10微米、如至少約30微米或至少約70微米的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的軸承制品，其中所述PTFE組合物層具有不大于約500微米、如不大于約300微米、不大于180微米或不大于約150微米的厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承制品，其中所述PEEK層構(gòu)成所述PEEK層與所述PTFE組合物層的組合的至少約10體積％，如至少約40體積％或至少約50體積％。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的軸承制品，其中所述PEEK層構(gòu)成所述組合的層的不大于約80體積％，如不大于約60體積％或不大于約50體積％。
19.根據(jù)權(quán)利要求12或16所述的軸承制品，其中所述PTFE組合物層進一步包括填料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的軸承制品，其中所述填料選自纖維、玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺、無機材料、陶瓷材料、碳、玻璃、石墨、氧化鋁、硫化鑰、青銅、碳化硅、織造織物、粉末、球體、熱塑性材料、聚酰亞胺(PD、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚亞苯基砜(PPS02)、液晶聚合物(LCP)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、芳族聚酯(Ekonol)、礦物材料、硅灰石、硫酸鋇或其任意組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的軸承制品，其中所述青銅層具有至少約I微米、至少約5微米、至少約10微米或至少約100微米的表面粗糙度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的軸承制品，其中所述表面粗糙度不大于約200微米，如不大于約100微米或不大于約80微米。
23.根據(jù)權(quán)利要求12或22所述的軸承制品，其中所述青銅層由青銅粒子燒結(jié)。
24.一種形成軸承制品的方法，所述方法包括: 提供金屬基底； 用青銅層燒結(jié)所述金屬基底； 用聚醚醚酮靜電噴涂所述金屬基底以形成過渡層； 用氟化熱塑性粉末噴涂所述過渡層以形成化合物層。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進一步包括預(yù)熱所述金屬基底。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中預(yù)熱所述金屬基底包括在25°C至100°C預(yù)熱。
27.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任一項所述的方法，其中所述過渡層具有至少約10微米、如至少約30微米或至少約70微米的厚度。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述厚度不大于約500微米，如不大于約200微米、不大于180微米或不大于約150微米。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述氟化熱塑性粉末選自聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、聚乙烯四氟乙烯(ETFE)、聚乙烯氯三氟乙烯(ECTFE)或其任意組口 ο
30.根據(jù)權(quán)利要求24或29所述的方法，其中所述過渡層與所述化合物層具有至少約20微米、如至少約40微米或至少約80微米的組合厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述組合厚度不大于約I毫米，如不大于約500微米或不大于約300微米。
32.根據(jù)權(quán)利要求24或29所述的方法，進一步包括壓延所述化合物層，加熱所述化合物層，壓制所述化合物層或其任意組合。
【文檔編號】B32B15/16GK103998652SQ201280062457
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】郭強, 潘國梁, 王連祥, 劉曉燁 申請人:美國圣戈班性能塑料公司