专利名称：层复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及层复合材料，它包含基体、布置在基体上的多孔层和一种其它材料，该材料是塑料或者包含塑料并且与多孔层粘附结合。本发明还涉及氟化热塑性材料用于将层复合材料的其它材料与多孔层结合的用途，以及制造所述层复合材料的方法。
背景技术：
这类层复合材料尤其是用作滑动轴承的轴承材料。所 述层复合材料通常具有一个基体，在其上施加了多孔的大多为金属的层，该多孔层用一种其它材料浸溃并被其包围。所述其它材料典型地是塑料。在此主要使用两种类型的塑料=PTFE基的塑料和可热塑性加工的塑料。根据需要，所述层复合材料可以以不润滑、初始润滑和介质润滑的方式用在滑动轴承中。初始润滑的滑动轴承在装配时例如用脂肪润滑一次。所用的材料在这种应用方式下的特性不同。介质润滑应用中重要的材料特征除了与润滑介质的相容性之外，还有对应的层复合材料的防腐性、耐层离性和耐蚀性。在轴承缝隙中可能出现流动情况，侵蚀层复合材料或者导致润滑介质侵入层复合材料中，由此使得层互相分离。同样重要的是与润滑介质相互作用中产生的摩擦，因为所述摩擦例如在缓冲器中导向轴承的应用中对响应特性或对泵的效率有不利影响。介质润滑的应用中所用的其它材料的特征可以表征如下在使用热塑性基质塑料时，由于较大的强度和与此相结合的在多孔层中更好的固定，几乎不产生与流动情况相关的机械损伤。然而，结合介质的热塑性基质塑料的摩擦明显大于PTFE基材料的摩擦。后者的特征典型的是，在介质润滑中特别低的摩擦系数，但由于柔软的PTFE基质而限制了其流动稳定性。此外，与热塑性材料不同，PTFE基的其它材料在多孔层中的固定完全不通过粘附力来支持。包含PTFE基的其它材料的层复合材料长期以来用于具有高的流动负荷的介质润滑的应用中。例如用MoS2作为固体润滑剂来改性所述其它材料的PTFE基础。这种类型的层复合材料例如用在缓冲器中，其中由于对驾驶舒适度的要求而需要摩擦尽可能小的响应特性。然而，对于不润滑的或干燥的和介质润滑的应用，这类层复合材料的承载力是有限的。因此，研发了在介质润滑的应用中对磨损进行特别优化的PTFE基的层复合材料，例如DE 196 14 105B4中描述的。其中通过添加氧化铁得到了升高的耐磨性和耐蚀性，但是根据应用条件使得摩擦值容易升高。DE 198 08 541C1描述了通过向PTFE中添加粉末状聚芳酰胺使得滑动层的磨损得到改善，但是没有改善流动稳定性。为此，通常在材料中混入氟化热塑性材料PFA、FEP、ETFE、PVDF、PCTFE，例如DE 33 43 697A1中描述的。这对材料的稳定性起到积极作用，因为所述氟化热塑性材料的化学结构而与滑动层的PTFE牢固结合，可以更好地包埋附加物并可以改善对基材的附着，因为氟化热塑性材料弱化了 PTFE的抗粘合特征。但是，越期望这种特性，就必须混入越多的氟化热塑性材料，而这样导致摩擦系数的升高。在W099/05425中描述了制造具有PTFE基的滑动层的层复合材料的方法，其中利用氟化热塑性材料箔将PTFE基的箔粘结在金属基材上。但是这种构造不适合多孔基材，并因此不适合与其相关联的利用PTFE糊的制造方法。所述PTFE混合物不可以水性糊的形式浸溃到多孔层的孔中，例如在DE 195 07 045 C2中描述的，因为位于中间的箔由于辊压阻碍了浸溃且在辊压过程中不能补充箔。
发明内容
本发明的目的因此在于，改善其它材料在多孔层上的附着性，而对所述其它材料的期望的表面特性没有不利影响。所述目的如下实现，即在多孔层和所述其它材料之间的界面上布置氟化热塑性材料，将所述其它材料与多孔层结合起来。所述氟化热塑性材料具有粘合作用，使得所述其它材料更好地附着在多孔层上。因为所述氟化热塑性材料唯一地或接近唯一地布置在多孔层 和其它材料之间的界面上，而没有布置在所述其它材料的表面上，因此所述氟化热塑性材料不影响所述其它材料的表面特性。尤其不提高所述其它材料表面的摩擦。所以，根据本发明，可以根据所要求的表面特性自由选择其它材料，而不必考虑所述氟化热塑性材料对其它材料的表面特性的作用。在根据本发明的层复合材料的一个优选实施方案中，所述氟化热塑性材料是PFA、FEP、ETFE、PVDF、PCTFE或它们的混合物。这些氟化热塑性材料可以低成本提供并证明特别有利的是，在多孔层上设置改善了附着的其它材料。另外，绝不限于列示的选择可能性，对可用的氟化热塑性材料提供灵活性，这可以取决于所用的多孔层和其它材料的特性将附着最佳化。所使用的氟化热塑性材料优选是可熔的，以便通过热处理可激活它在多孔层和其它材料上的附着作用。在本发明的一个优选实施方案中，其中所述多孔层具有孔容积，所述氟化热塑性材料的体积占据孔容积的5%-50%，尤其为5%-25%。已经证实，在所述区域所述其它材料和多孔层之间的附着得以最佳化。尤其是氟化热塑性材料的体积为多孔层的孔容积的5%-25%时出现了附着最大值。另外，由此保证了所述多孔层的孔不闭合。如果闭合的孔的份额超出某个范围，则恶化了所述层复合材料的机械特性。所述氟化热塑性材料优选以粉末形式存在。制造工艺方面，可以简单地实现将所述氟化热塑性材料施加在多孔层上。其中所述氟化热塑性材料的颗粒具有的颗粒尺寸为IOOym或更小。由此保证了，所述颗粒可以进入多孔层的孔中并不使所述孔闭合。闭合的孔对所述层复合材料的机械特性起到不利的作用。在本发明的一个优选的构造方案中，将所述其它材料构造成滑动层。在这个实施方案中，所述层复合材料尤其适合用在滑动轴承中，其中根据本发明的构思不限于滑动轴承。所述滑动层优选包含PTFE基材料或由其构成。这类材料的特征是摩擦系数低，由此例如轴的轴承结构可以构成特别有效和摩擦损失降低。所述滑动层优选包含热固性塑料或热塑性塑料的添加物。所述滑动层的可加工性可以利用所述添加物来改善，并且有针对性地改变其机械特性，尤其与PTFE材料结合。在本发明的一个优选实施方式中，所述热塑性塑料或热固性塑料是PFA、FEP、ETFE、PVDF、PCTFE、PEEK、PPS、PA、PPA、LCP、PES、PSU、PEI、PPTA、PBA、PI、PAI 或 PPSO2 或它们的混合物。这些塑料已经证实尤其特别有利地用于滑动轴承中的层复合材料。PFA、FEP、ETFE, PVDF和PCTFE尤其对滑动层的耐蚀性起到改善的作用。所述滑动层优选包含固体润滑剂、硬质颗粒和/或纤维。通过这些添加物可以有针对性地改变基于PTFE的滑动层的表面特性，并与各种应用情况相匹配。所述固体润滑剂优选是MoS2、WS2、h-BN、Pb、Sn、PbO、Zn、ZnS, BaSO4, SnS2、石墨、CaF2或层状硅酸盐。MOS2的优点示范性的是，它作为润滑剂对PTFE的低摩擦·系数没有不利影响，但同时降低了柔软的PTFE基质的磨损，从而可以实现滑动层使用寿命的延长。所述硬质颗粒优选是SiC、Si3N、BC、c_BN或金属氧化物。硬质颗粒在层复合材料的操作中降低滑动层的损耗，且同时对利用所述层复合材料承载的零件，例如对轴有抛光作用。在一个优选的实施方案中，纤维是玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维。这种实施方式的优点在于高的温度稳定性，另外，利用玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维的过程中提供了很多经验值，从而从技术角度可以控制其使用。所述多孔层有利地包含铝和/或铜和/或它们的合金。使用铝和/或铜和/或它们的合金的优点是，对这些材料掌握大量经验，它们被证实尤其适合用于根据本发明的目的。所述多孔层在此可以包括烧结的粉末、金属泡沫、延展性金属、纤维网或织物材料。使用烧结的粉末、金属泡沫、延展性金属、纤维网或织物材料的优点是，可以制造大表面和开放结构，从而扩大多孔层和滑动层之间的界面。通过这种措施还改善了滑动层和多孔层之间的附着。所述基体优选包含钢、铝和/或铜和/或它们的合金。在这种情况下还适合的是，已经证实所述材料尤其适合用在滑动轴承中，并因此在由这些材料构建滑动轴承方面有很多经验，可以有利地启用。本发明的另一方面涉及氟化热塑性材料的用途，用于将其它材料与根据前述实施方式中之一的层复合材料的多孔层结合，在此过程中将氟化热塑性材料布置在多孔层和其它材料之间的界面上。本发明的另一方面涉及用于制造根据前述实施方式中之一的层复合材料的方法，所述方法包括下列步骤-将氟化热塑性材料施加在多孔层上，-借助热处理将所述氟化热塑性材料固定在多孔层上，-用其它材料浸溃多孔层，和-将多孔层与其它材料粘合。根据本发明的方法优选以上面给出的顺序实施，其中根据本发明的构想不限于这种顺序。所述多孔层通常布置在带状的基体上。借助热处理将所述氟化热塑性材料固定在多孔层上的步骤可以例如由此实现，即将所述带状基体引入通过连续式加热炉，或者额外提供加热步骤和/或冷却步骤。用其它材料浸溃多孔层可以例如通过辊压进行。多孔层与其它材料随后的粘合通常利用烧结方法来实现，优选在350° C和400° C之间进行I至3分钟。所述层复合材料可以随后通过辊压达到期望的最终尺寸。根据本发明的方法优选由此进一步改进，即将氟化热塑性材料作为粉末或作为分散体施加在多孔层上。粉末在此的优点是，其在加工期间的可操作性与分散体相比更容易些。在随后的烧结过程中，对于分散体来说必须首先将液体从层复合材料中排出，这就延长了烧结过程并也许可能导致气泡的形成。在使用粉末状的氟化热塑性材料时没有这种情况。因为对于氟化热塑性材料来说，分散体是初始状态，不必先制造相应的粉末，这样可以降低层复合材料的制造成本。以分散体形式施加氟化热塑性材料的优点是，可以将氟化热塑性材料这样施加在多孔层上，从而增加有利于附着的表面并由此增强附着作用。所述方法在使用粉末时也得到令人满意的结果，因此，所有以粉末形式或作为分散体获得的氟化热塑性材料都可以很好地加工。粉末形式的氟化热塑性材料可以例如利用筛子或刮刀装置施加在多孔层上。如果氟化热塑性材料作为分散体存在，可以利用喷嘴喷涂，辊筒表面的转印，通过海绵按压的转印或利用旋转盘旋涂，将其施加在多孔层上。另外，所述分散体可以利用筛印法，利用与如毛刷、毡或织物的毛细剂量添加系统的接触来施加在多孔层上。下面依据优选的实施例结合附图
详细说明本发明。其中图I示出根据本发明的一个实施例的层复合材料的基本构造。在图I中示出了根据实施例的层复合材料10的略图。层复合材料10包含基体12，其上施加有多孔层14。在多孔层14周围布置有其它材料16，所述其它材料在所示的实施例中被构造成滑动层18。被构造成滑动层18的其它材料16典型地包含基于PTFE的塑料。多孔层14和其它材料16在界面20上互相接触。在界面20上布置氟化热塑性材料22，它具有粘合作用并将多孔层14和其它材料16彼此结合起来。在所示的实施例中，以粉末形式施加氟化热塑性材料。其它材料16还包含固体润滑剂24、硬质颗粒26、纤维28和热固性材料颗粒或热塑性材料颗粒30，它们起到调节期望的特性，特别是滑动层18的表面特性的作用。热固性材料或热塑性材料30、固体润滑剂24、硬质颗粒26以及纤维28随机地引入其它材料16中。不需要优选的布置或调整。多孔层14具有孔容积\，所述孔容积是多孔层14占据的总的体积和用于制成多孔层14的材料的体积的差。其它材料16占据的体积在此不重要。氟化热塑性材料22占据的体积为Vf。如上所述，在图I中以粉末形式施加热塑性材料22，其中所述颗粒不连续地布置在界面20上。如果还可获得分散形式的氟化热塑性材料22，则可以作为分散体施加在多孔层14上。其中氟化热塑性材料22在界面20上形成一种可以占据整个界面20的镀层。
实施例
权利要求
1.层复合材料，它包含 -基体(12)， -布置在基体(12)上的多孔层(14)，和 -其它材料(16)，该材料是塑料或者包含塑料并且是与多孔层(14)粘附结合的， 其特征在于，在多孔层(14)和其它材料(16)之间的界面(20)上布置的氟化热塑性材 料(22)，它用于结合其它材料(16)与多孔层(14)。
2.根据权利要求I的层复合材料，其特征在于，所述氟化热塑性材料(22)是PFA、FEP、ETFE, PVDF, PCTFE或它们的混合物。
3.根据权利要求I或2的层复合材料，其中所述多孔层(14)具有孔容积(Vp)，其特征在于，在层复合材料中所述氟化热塑性材料的体积(Vf)占据孔容积(Vp)的5%-50%，尤其5%-25%。
4.根据前述权利要求之一的层复合材料，其特征在于，所述氟化热塑性材料(22)以粉末形式存在。
5.根据权利要求4的层复合材料，其特征在于，所述氟化热塑性材料(22)颗粒具有的颗粒尺寸为100 u m或更小。
6.根据前述权利要求之一的层复合材料，其特征在于，所述其它材料(16)构成为滑动层(18)。
7.根据权利要求6的层复合材料，其特征在于，所述滑动层(18)包含PTFE基材料或由其构成。
8.根据权利要求7的层复合材料，其特征在于，所述滑动层(18)包含热固性塑料或热塑性塑料的添加物，特别是以热固性材料颗粒或热塑性材料颗粒(30)的形式。
9.根据权利要求8的层复合材料，其特征在于，所述热固性塑料或热塑性塑料是PFA、FEP、ETFE、PVDF、PCTFE、PEEK、PPS、PA、PPA、LCP、PES、PSU、PE I、PPTA、PBA、PI、PAI 或 PPSO2或它们的混合物。
10.根据权利要求6至8之一的层复合材料，其特征在于，所述滑动层(18)包含固体润滑剂(24)、硬质颗粒(26)和/或纤维(28)。
11.根据权利要求10的层复合材料，其特征在于，所述固体润滑剂(24)是MoS2、WS2,h-BN、Pb、Sn、PbO、Zn、ZnS, BaSO4, SnS2、石墨、CaF2 或层状硅酸盐。
12.根据权利要求10或11的层复合材料，其特征在于，所述硬质颗粒(26)是SiC、Si3N4、BC、c-BN或金属氧化物。
13.根据权利要求10至12之一的层复合材料，其特征在于，所述纤维(28)是玻璃纤维、碳纤维或芳族聚酰胺纤维。
14.根据前述权利要求之一的层复合材料，其特征在于，所述多孔层(14)包含铝和/或铜和/或它们的合金。
15.根据前述权利要求之一的层复合材料，其特征在于，所述多孔层(14)包含烧结的粉末、金属泡沫、延展性金属、纤维网或织物材料。
16.根据前述权利要求之一的层复合材料，其特征在于，所述基体(12)包括钢、铝和/或铜和/或它们的合金。
17.氟化热塑性材料(22)的用途，其用于将根据前述权利要求之一的层复合材料(10)的其它材料(16)与多孔层(14)结合，其中所述氟化热塑性材料(22)布置在多孔层(14)和其它材料(16)之间的界面(20)上。
18.制备根据权利要求I至14之一的层复合材料(10)的方法，所述方法包括下列步骤 -将氟化热塑性材料(22)施加在多孔层(14)上， -借助热处理将氟化热塑性材料(22)固定在多孔层(14)上， -用其它材料(16)浸溃多孔层(14)，和 -将多孔层(14)与其它材料(16)粘合。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，所述氟化热塑性材料(22)作为粉末或作为分散体施加在多孔层(14)上。
全文摘要
本发明涉及层复合材料，它包含基体(12)、布置在基体(12)上的多孔层(14)和其它材料(16)，该其它材料是塑料或者包含塑料并且与多孔层(14)粘附结合，所述复合材料还包含布置在多孔层(14)和其它材料(16)之间的界面(20)上的氟化热塑性材料(22)用于结合其它材料(16)与多孔层(14)。本发明还涉及用于制造所述层复合材料的方法，以及氟化热塑性材料(22)用于将层复合材料的其它材料(16)与多孔层(14)结合的用途。
文档编号F16C33/02GK102753340SQ201080051345
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月16日 优先权日2009年12月23日
发明者A·亚当 申请人:联合莫古尔威斯巴登有限公司