专利名称：耐热层合材料和制造这种层合材料的方法
技术领域：
本发明涉及层合材料，尤其是用于膨胀接合中保护免受热的、侵蚀性介质侵害的层合材料，以及制造这种层合材料的方法。
背景技术：
在用于保护免受侵蚀性介质侵害的覆盖物领域中，例如烟气厂的通道构造中的膨胀接头，流道暴露于加热至温度高于260℃的气体中。为此，已知使用几层层合的箔或织物来设计气体和流体密闭连接的接头，以便将介质例如高温烟气和其它侵蚀性介质保留在通道中。
这些已知覆盖物类型的缺点在于，从温度的角度来看可利用的并且相对流体密闭的和柔韧性的最适合材料是氟聚合物箔，其温度上限是270℃，因此有必要将该箔与温度高于该温度的部分结构隔离。
典型地，这种通道结构的区段中温度可达到270℃-700℃或更高，因此必要的是，在流体密闭层下面的多层状夹层结构中提供一种或多种玻璃织物、改良的玻璃织物等，直到获得低于270℃的最高温度限值。然而，这些织物层是可渗透的，并且不能防止所不希望的介质从流道中逃逸而泄漏并进入周边环境。
将层合材料用于气体密闭层是已知的，其是具有硅氧烷粘合剂中间层的薄钢箔，以便玻璃织物与钢箔固定。虽然这种层合材料是不能渗透的，但是该层合材料可以忍受的最高暴露温度是250℃。通过暴露于较高的温度下，层合材料将非常迅速地劣化而引起层合材料的破坏。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供不可渗透的而且可以耐受较高温度的层合材料。
根据本发明，该目的通过包含金属箔、织物和金属箔与织物之间的粘接手段的更耐热的层合材料来实现，其中粘接手段是起到将织物和金属箔粘接在一起的粘合膜作用的氟聚合物箔。
因此，提供了不渗透性层合材料，其是柔韧的和可以耐受较高温度而不分层的。
根据本发明的层合材料可以直接紧靠热元件安装，当织物是玻璃织物时温度至高达到550℃，如果织物是陶瓷的则高达1100℃并且仍然保持为单层。
所述粘接手段在温度至高达到290℃时是稳定的，并且在层合材料暴露在310℃的温度下较长时间过程中还提供稳定和耐用的粘接。为了得到这种稳定性，表面处理可以是必要的，例如以酸洗的形式。
通过本发明认识到，所述层合材料适用于温度超过300℃的不同应用，其中所述粘接手段只起到将金属箔定位和保持在适当位置的作用，直到安装该层合材料并开始工作。到那时候，所述金属箔将起到不渗透性屏障的作用，不管玻璃织物是否与金属箔分离。
所述金属箔优选地是不锈钢箔。然而，应该认识到可以使用其它类型的薄金属箔，例如铝、黄铜、铜或金属合金。金属箔的厚度为0.01-1mm，优选厚度为0.0254mm(0.01英寸)。
优选所述织物的克重(grammar weight)为50-3000g/m2。所述织物可以是玻璃织物，优选克重为约700g/m2。作为替代方案，所述织物可以是硅酸盐织物或陶瓷织物，优选克重为600-700g/m2。
优选氟聚合物箔的厚度为0.01-1mm。氟聚合物箔的材料可以是PFA(全氟烷氧基)。氟聚合物箔的其它适合材料是MFA(全氟甲基乙烯基醚)、FEP(氟化乙丙烯)、TFE(四氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯)、ECTFE(氯化乙烯-三氟乙烯)、TFM(改性聚四氟乙烯)或纯的PTFE(聚四氟乙烯)。
在优选的实施方案中，金属箔提供有浮凸结构，由此所述箔在该箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花纹。因此，显著提高了层合材料的耐用性。还可以使用经预压纹(pre-embossed)的箔，其还将增加产品的耐用性。
当在膨胀接合中使用层合材料时，所述层合材料通常是挠曲的，而且仅仅几次弯曲后就在该箔中出现凹口或凹痕。当在这些凹痕处继续弯曲所述箔时，所述箔在这些凹痕处受到应力作用，并且由于应力导致的金属疲劳，将使所述箔最终破裂。然而，通过给箔提供浮凸的箔结构，所述箔提供有大量小的柔和凹陷(soft dimple)，避免了应力集中并且使用期间的弯曲将发生在箔的不同位置而不是每次都在相同点处。这减少了金属箔的磨损并因此提高了层合材料的耐用性。
在另一方面，本发明涉及制造层合材料的方法，所述方法包括下列步骤提供金属箔的第一层；提供热塑性氟聚合物的第二层；提供织物的第三层；组合第一、第二和第三层，压挤该多层组合件，同时在加热区加热该组合件至温度高于中间第二层的熔点，持续预定时间，以将第一和第三网状物层合在一起；和冷却层合材料，同时在冷却区压挤该层合材料。
在下面，参考附图详细描述本发明，其中图1是根据本发明的层合材料在层合前的横截而示意图；图2是根据本发明的层合材料在层合后的横截面示意图；图3是层合材料制造方法的第一实施方案的示意图；和图4是层合材料制造方法的第二实施方案。
具体实施例方式
在图1和2中，显示了层合前后的根据本发明的层合材料。在加工期间压纹或预压纹的薄金属箔，优选钢箔1提供有薄的氟聚合物箔，优选PFA箔2和玻璃织物3。所述PFA箔2作为钢箔1和玻璃织物3之间的粘接手段。将所述三层1、2、3相互压紧并同时加热至高温。因此，所述PFA箔2熔化和液化并且将金属箔1和织物3粘接在一起。随后在冷却区冷却该层合材料。在冷却期间，层合材料中的层保持相互压紧。
所述钢箔1和PFA箔2的厚度优选为0.0254mm(1密耳)。在加工期间压纹或预压纹的所述薄钢箔1提供有浮凸结构来确保箔和层合材料分别的柔韧和耐用。优选地，当将所述箔压在玻璃织物上(其间具有PFA箔)时，在所述箔上提供浮凸结构。因此，所述箔上的波浪花纹与织物的表面轮廓相匹配。这导致强结合的和柔韧的层合。
在图3和4中，示意性地示出了制造方法的两个实施方案。
邻近压挤设备，提供了三个供给辊。从这些供给辊提供加工期间压纹或预压纹的钢箔1的网状物、热塑性PFA箔2和玻璃织物3。将所述三层运送到压挤区段并组合。所述压挤区段包括加热区5和冷却区6。在第一实施方案中所述加热区5包含图3中显示的一组压挤部件51，例如压挤部件或夹紧装置和在组合的层合材料网状物4的每一侧上的支撑网状物52。所述冷却区6还包含一组具有布置在组合材料网状物4的每一侧上的相关支撑网状物62的压挤部件61。
所述支撑网状物52、62在加热和冷却区5、6中从两侧保护材料网状物1、3。有利地适应所述支撑网状物52、62的几何表面结构，以便所述钢箔1提供有大量柔和凹陷，使得箔1在压挤操作期间提供有浮凸结构，其通过经常弯曲/挠曲层合材料来确保较长时间的耐用性。
将组合的层合材料网状物4通过加热区中两个压挤部件51运送并且在压力下保持在那儿10-300秒，这使得热塑性氟聚合物箔2由于同时加热至327-400℃而液化。随后将组合的层合材料网状物4通过推进手段7向前拉，将加热的材料网状物4在压力下保持在冷却部件61之间并通常冷却到环境温度，但是根据所得层合材料的实际需求，优选在环境温度(例如20-30℃)下将其冷却到0-250℃。层合材料网状物4可以间歇地运送通过压挤区段，即加热和冷却区5、6。最终将层合材料卷绕在辊41上。
如图4所示，作为替代方案，加热和冷却区5、6中的压挤部件可以包含辊53、63。在这个实施方案中，层合材料网状物4可以连续地通过一组热压辊53和随后的一组冷压辊63来运送。为了确保氟聚合物在两组压辊53、63之间保持熔化，在其间提供加热手段54，以便达到钢箔1和织物3之间的所需的粘接强度。
所述钢箔1是厚度为0.01-大于1mm的超薄金属箔，优选为0.0254mm(1密耳)，并且在加工期间压纹或预压纹。氟聚合物箔的厚度可以为0.01mm-1mm并且优选地是PFA(全氟烷氧基)材料。其它适合的氟聚合物箔材料是MFA(全氟甲基乙烯基醚)、FEP(氟化乙丙烯)、TFE(四氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯)、ECTFE(氯化乙烯-三氟乙烯)、TFM(改性聚四氟乙烯)或纯的PTFE(聚四氟乙烯)。
优选所述织物的克重为50-3000g/m2。所述织物可以是玻璃织物，优选克重为约600-700g/m2。作为替代方案，所述织物可以是硅酸盐织物或陶瓷织物，优选克重为600g/m2。
在加工期间压纹或预压纹的超薄金属箔的其它类型可以是铝、黄铜、铜或其它金属合金。然而，当使用PFA作为粘接手段时，必须注意，金属的熔点是400℃以上，而且层合材料的最大容许温度会受到层合材料中所用金属类型的限制。
如果选择其它熔点较低的金属材料，可以使用FEP箔作为织物和金属箔之间的粘接手段。由此实现约210℃的较低工作温度。
至于金属箔的浮凸结构，意味着箔的与平坦表面结构不同的任何种类的重复的变形结构。
根据本发明，金属箔在层合工艺的压挤期间压印。因此，避免了额外的加工步骤，并且作为结果可以实现生产成本的降低。
根据优选的制造方法，金属箔在加热和冷却区压挤期间提供有浮凸表面，根据层合材料中使用的金属箔不同，压力为5kg/cm2-1000kg/cm2。
通过本发明认识到，浮凸结构中的波浪花纹或凹陷必须是柔和的圆润形状，因为锐利的边缘将是箔中的应力增加点并导致箔/层合材料的耐用性降低。如果出现锐利边缘，就会因为弯曲点或弯曲线每次将重复出现在相同的线/点处而迅速达到金属疲劳。通过柔和的波浪花纹，将在较大范围内发生弯曲，并且发现耐用性可以提高20-40％。
权利要求
1.一种耐热层合材料，其包含金属箔，织物，和金属箔与织物之间的粘接手段，其特征在于粘接手段是将织物与金属箔粘接在一起的氟聚合物箔。
2.根据权利要求1的层合材料，其中所述金属箔是不锈钢箔。
3.根据权利要求1或2的层合材料，其中所述金属箔的厚度为0.01-1mm，优选厚度为0.0254mm(0.01英寸)。
4.根据权利要求1-3任一项的层合材料，其中所述金属箔提供有压纹结构，由此所述箔在该箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花纹。
5.根据权利要求1-4任一项的层合材料，其中所述金属箔提供有压纹结构，因为该箔在加工期间在该箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花纹并且还进行了预压纹。
6.根据权利要求1-5任一项的层合材料，其中所述织物的克重为50-3000g/m2。
7.根据权利要求6的层合材料，其中所述织物是玻璃织物，优选克重为约700g/m2。
8.根据权利要求1-5任一项的层合材料，其中所述织物是硅酸盐织物或陶瓷织物，优选克重为600g/m2。
9.根据前述任一项权利要求的层合材料，其中所述氟聚合物箔的材料是PFA(全氟烷氧基)。
10.根据权利要求1-8任一项的层合材料，其中所述氟聚合物箔的材料是MFA(全氟甲基乙烯基醚)、FEP(氟化乙丙烯)、TFE(四氟乙烯)、ETFE(乙烯-四氟乙烯)、ECTFE(氯化乙烯-三氟乙烯)、TFM(改性聚四氟乙烯)或纯的PTFE(聚四氟乙烯)。
11.根据前述任一项权利要求的层合材料，其中所述氟聚合物箔的厚度为0.01-1mm。
12.制造层合材料的方法，所述方法包括下列步骤-提供金属箔的第一层；-提供热塑性氟聚合物的第二层；-提供织物的第三层；-组合第一、第二和第三层，-压挤该多层组合件，同时在加热区加热该组合件至温度高于中间第二网状物的熔点，持续预定时间，以将第一和第三网状物层合在一起；和-冷却层合材料，同时在冷却区压挤该层合材料。
13.根据权利要求12的方法，其中通过从所述多层组合件的每一侧压挤相互压紧的部件持续预定时间来进行压挤，并将所述部件加热到至少380℃的温度，优选为327-400℃。
14.根据权利要求12或13的方法，其中在组合的网状物的每一侧上提供支撑织物以在加热区中保护所述层。
15.根据权利要求12-14任一项的方法，其中压挤时间为10-300秒，压力为10N/cm2-1000N/cm2，这取决于所使用的金属箔。
16.根据权利要求12-15任一项的方法，其中通过冷却压在层合材料上的部件并提供冷却手段以将层合材料冷却至0-250℃、优选约20-30℃来进行冷却。
17.根据权利要求12-16任一项的方法，其中在组合的层的每一侧上提供支撑织物以在冷却区中保护所述网状物。
18.根据权利要求12-17任一项的方法，其中第一层的金属箔在压挤期间提供有浮凸结构，优选地至少在加热区压挤期间。
19.根据权利要求18的方法，其中所述支撑织物提供有预先形成的大量凹凸花纹，以在压挤操作期间为金属箔提供浮凸结构。
20.根据权利要求12-18任一项的方法，其中所述金属箔提供有浮凸结构，对应于压挤期间第三层的织物的表面结构。
21.根据权利要求20的方法，其中所述金属箔经预压纹并提供有浮凸结构，对应于压挤期间第三层的织物的表面结构。
全文摘要
根据本发明，提供了包含金属箔、织物和金属箔与织物之间粘接手段的更耐热的层合材料，其中粘接手段是起到将织物和金属箔粘接在一起的粘合剂膜作用的氟聚合物箔。因此，提供了不渗透性层合材料，其是柔韧的和可以抵抗较高温度而不分层的。可以将根据本发明的层合材料直接紧靠着热元件安装，当织物是玻璃织物时温度至高达到550℃，如果织物是陶瓷的则高达1100℃。所述粘接手段在温度至高达到290℃时是稳定的，并且在层合材料暴露在310℃的温度下较长时间内还提供稳定和耐用的粘接。
文档编号B32B15/14GK1960861SQ200580017537
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月24日 优先权日2004年6月1日
发明者库尔特·尼尔森, 乌费·托夫特 申请人:Ke－伯格曼公司