使用熱噴涂技術的在基底上的聚合物涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了層壓材料制品，可以包括基底和非氟化聚合物化合物與氟化聚合物化合物的非均勻混合物的層。該層壓材料制品可以包括沿垂直于該基底的軸的漸變濃度梯度。該漸變濃度梯度可以包括非氟化聚合物與氟化聚合物化合物的量相對于垂直于該基底的軸的變化。該層可以進一步包括至少一種填料。該層壓材料可以用作軸承材料。
【專利說明】使用熱噴涂技術的在基底上的聚合物涂層
【技術領域】
[0001]本公開涉及包含基底、包含直接施加于其上的非氟化熱塑性塑料的過渡層和氟化聚合物的層壓材料，該氟化聚合物可以充當施加到該過渡層上的滑動層。
【背景技術】
[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)有技術中早已以多種形式為人所知，并用于多個【技術領域】，例如在汽車工程領域中。
[0003]對于滑動軸承，尤其是常規(guī)DUu.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]在第一方面，層壓材料制品包括基底和層。該層可以包括非氟化聚合物化合物與氟化聚合物化合物的非均勻混合物。該層壓材料制品可以包括沿垂直于該基底的軸的漸變濃度梯度。該漸變濃度梯度可以包括非氟化聚合物與氟化聚合物化合物的量相對于垂直于該基底的軸的變化。
[0006]在第二方面，層壓材料制品可以包括基底和覆蓋該基底的多孔非氟化聚合物層。該層壓材料可以進一步包括氟化聚合物化合物層。該氟化聚合物化合物層可以覆蓋并滲透該多孔非氟化層。
[0007]在第三方面，軸承制品可以包括金屬基底和覆蓋該金屬基底的非氟化聚合物的不連續(xù)層。該軸承制品可以進一步包括氟化聚合物化合物的層。該氟化聚合物化合物可以覆蓋并滲透該不連續(xù)層。
[0008]在第四方面，軸承材料可以包括具有經(jīng)粗糙化的表面的金屬基底。該軸承材料可以進一步包括多孔PEEK層。該軸承材料可以進一步包括連續(xù)PTFE組合物層。該連續(xù)PTFE組合物層可以覆蓋并滲透該多孔PEEK層。
[0009]在第五方面，制造軸承制品的方法可以包括提供具有主表面的基底并粗糙化該基底的主表面。該方法可以進一步包括向該主表面上施加非氟化聚合物層。該方法可以進一步包括用含氟聚合物組合物涂布該非氟化聚合物層以形成層壓材料。該方法可以進一步包括壓制該層壓材料以形成該軸承制品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]通過參考附圖可以更好地理解本公開，其許多特征和優(yōu)點對本領域技術人員變得顯而易見。[0011]圖1以截面視圖顯示了示例性層壓材料；和
[0012]圖2顯示了用于形成層壓材料的方法。
[0013]圖3顯示了層壓材料樣品的摩擦試驗的結(jié)果。
[0014]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】
[0015]在一個實施方案中，一種層壓材料制品包括基底。該層壓材料可以進一步包括包含非均勻混合物的層。該非均勻混合物可以進一步包括非氟化聚合物化合物。此外，該非均勻混合物可以包括氟化聚合物化合物。該層壓材料制品可以包括沿垂直于該基底的軸的漸變濃度梯度。該漸變濃度梯度包括非氟化聚合物與氟化聚合物化合物的量相對于垂直于該基底的軸的變化。
[0016]圖1以截面視圖顯示了一種示例性層壓材料。層102描述了覆蓋非氟化聚合物層材料106 (其在該實例中為PEEK)的氟化聚合物化合物，如PTFE。層102的非氟化聚合物化合物和氟化化合物可以滲透層106，由此形成混合區(qū)域104。層106覆蓋基底108。
[0017]談及該層壓材料的基底108，在實施方案中，該基底可以包括金屬基底或金屬合金基底。該金屬基底可以包括金屬或金屬合金。在一個特定實施方案中，該金屬基底可以包括鋁。在另一個特定實施方案中，該金屬合金基底可以包括鋼、青銅或黃銅。在實施方案中，該金屬載體包括鋼、冷軋鋼材料編號1.0338、冷軋鋼材料編號1.0347、亞光鍍鋅鋼、不銹鋼材料編號1.4512、不銹鋼材料編號1.4720、不銹鋼材料編號1.4310、鋁、合金或其任意組合。
[0018]進一步談及該基底108，該基底可以具有至少大約0.5微米、如至少大約I微米、至少大約5微米、至少大約10微米或至少大約100微米的表面粗糙度。在另一個實施方案中，該基底可以具有不大于大約500微米、如不大于大約200微米、不大于大約100微米、不大于大約80微米或甚至不大于大約40微米的表面粗糙度。此外，要理解的是基底108的總表面粗糙度可以在上述任意最小和最大值之間的范圍內(nèi)。
[0019]在又一個實施方案中，可以預處理該基底108以具有所需的表面粗糙度。在一種情況下，基底108可以包括表面特征。例如，對于金屬或金屬合金基底，該主表面可以包括結(jié)構(gòu)化板、肋板(ribbed plate)、織造織物、網(wǎng)或金屬泡沫。在一個特定實施方案中，該金屬或金屬合金基底具有蜂窩狀表面特征。在其它實施方案中，可以通過電解鍍鋅處理金屬基底的表面以粗糙化、升級或涂布該表面。在其它實施方案中，可以通過機械結(jié)構(gòu)化增加該金屬載體的主表面。該結(jié)構(gòu)化可以包括刷面處理、噴砂、蝕刻、穿孔、酸洗、沖孔、擠壓、卷曲、深沖壓、去彎曲(decambering)、漸進板成型、擠拉(ironing)、激光切割、軋制、錘擊、軋花、掏槽及其任意組合。
[0020]談及非氟化聚合物化合物形成的層106，在實施方案中，該非氟化聚合物化合物形成多孔的或不連續(xù)的覆蓋該基底108的非氟化聚合物層。該非氟化聚合物層可以具有孔隙率，該孔隙率定義為孔隙體積對非氟化聚合物總體積的比并在向基底108施加非氟化聚合物作為層106之后和在任何進一步加工之前測定。
[0021]該孔隙可以是限定在整個層106中延伸的通道的互連網(wǎng)絡的開口孔隙形式?；蛘?，該層106可以包括描述和表征為彼此分離的離散和單個孔隙的封閉孔隙的內(nèi)容。在至少一個實施方案中，層106可以包括開口孔隙和封閉孔隙的混合。[0022]該層中的孔隙量可以構(gòu)成主要含量，如大于層106總體積的50體積％。在其它情況下，層106可以包括次要含量的孔隙，這可以代表該層總體積的小于50體積％。此外，該本體可以含有主要含量的封閉孔隙。不過，在其它情況下，粘接的磨料體可以含有主要含量的開口孔隙。
[0023]在某些情況下，該孔隙率可以為層106總體積的不大于大約70體積％。在其它情況下，可以形成層106，以使得孔隙量為不大于大約60體積％，如不大于大約50體積％、不大于大約40體積％、不大于大約30體積％、不大于大約25體積％、不大于大約20體積％、不大于大約15體積％、不大于大約10體積％、不大于大約5體積％或甚至不大于大約2體積％。在至少一種非限制性實施方案中，層106可以含有至少大約I體積％、如至少大約5體積％、至少大約10體積％、至少大約20體積％、至少大約30體積％或甚至至少大約40體積％的孔隙量。此外，要理解的是層106中的孔隙總量可以在上述任意最小和最大百分比之間的范圍內(nèi)。
[0024]仍參照層106，在其它實施方案中，該非氟化聚合物化合物構(gòu)成不連續(xù)層。不連續(xù)層提供濃度梯度的基礎。在層壓材料橫截面中的濃度梯度是兩個相鄰單元胞室(unitcells)之間一種成分的量的差異。當成分量在三個相鄰單元胞室中順序降低或提高時，建立漸變濃度梯度，其中三個單元胞室沿軸排列。
[0025]如圖1中所示，單元胞室110、112和114沿垂直于基底108的軸排列。該單元胞室具有邊緣長度a。該邊緣長度a可以變化并可以是層106的平均厚度的一部分。例如，邊緣長度a可以是層106的平均厚度的三分之一、四分之一、五分之一或甚至六分之一。在其它實施方案中，邊緣長度可以為至少大約2微米，如至少大約4微米或甚至大約8微米。在其它實施方案中，邊緣長度a可以為不大于大約20微米，如不大于大約15微米或甚至不大于大約10微米。在其它實施方案中，邊緣長度a以使得沿垂直于基底108的軸的三個相鄰單元胞室覆蓋層106平均厚度的至少大約0.7、如至少大約0.8或甚至至少大約0.9的方式選擇。在其它實施方案中，邊緣長度a以使得沿垂直于基底108的軸的三個相鄰單元胞室覆蓋層106平均厚度的不大于大約0.99、如不大于大約0.98或甚至不大于大約0.95的方式選擇。
[0026]對于漸變濃度梯度，單元胞室110、112和114含有不同量的非氟化聚合物化合物，其中該量沿垂直于基底108的軸降低。在一個實施方案中，對于漸變濃度梯度，單元胞室114中的非氟化聚合物量小于單元胞室112中的量，并且單元胞室112中的非氟化聚合物量小于單元胞室110中的量。非氟化聚合物化合物量可以通過在整個單元胞室面積a2上積分被層106占據(jù)的面積來測定。
[0027]在另一個實施方案中，層106可以占據(jù)單元胞室110中單元胞室面積a2的主要部分，如至少大約50%,如至少大約70%或甚至至少大約90%和不大于大約99.9%,如不大于大約98%或不大于大約95%。在另一個實施方案中，層106可以占據(jù)單元胞室112中單元胞室面積a2的至少大約30%，如至少大約40%或甚至至少大約50%和不大于大約90%,如不大于大約80%或甚至不大于大約70%。在另一個實施方案中，層106可以占據(jù)單元胞室114中單元胞室面積a2的次要部分，如至少大約1%，如至少大約2%或甚至至少大約5%和不大于大約50%，如不大于大約40%或甚至不大于大約30%。
[0028]進一步談及層106和組成該層的材料，該非氟化聚合物化合物可以包括聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合。在一個特定實施方案中，該非氟化聚合物化合物基本上由聚醚醚酮(PEEK)組成。
[0029]移到圖1中的元素102，其包含氟化聚合物化合物，該氟化聚合物化合物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)及其任意組合。在一個特定實施方案中，該氟化聚合物化合物基本上由聚四氟乙烯(PTFE)組成。
[0030]層106和102 (包括混合區(qū)104)的組合厚度可以為至少大約2微米，如至少大約5微米、至少大約10微米、至少大約20微米、至少大約40微米、至少大約80微米或甚至至少大約120微米。在另一個實施方案中，該層的組合厚度可以為不大于大約I毫米，如不大于大約800微米、不大于大約500微米、不大于大約300微米、不大于大約200微米或不大于大約150微米。此外，要理解的是層106和102的組合厚度可以在任何上述最小和最大百分比之間的范圍內(nèi)。
[0031]談及層106的平均厚度。在某些情況下，非氟化聚合物化合物層106的厚度可以為至少大約I微米，如至少大約2微米、至少大約5微米、至少大約10微米、至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米、至少大約70微米或至少大約100微米。在其它情況下，多孔非氟化聚合物層106可以具有不大于大約800微米、如不大于大約500微米、如不大于大約300微米、不大于大約200微米、不大于大約180微米、不大于大約150微米或不大于大約120微米的厚度。此外，要理解的是，層106的平均厚度可以在任何上述最小和最大百分比之間的范圍內(nèi)。
[0032]談及層102的平均厚度，該氟化聚合物化合物層可以具有至少大約2微米、如至少大約5微米、至少大約10微米、至少大約20微米、至少大約30微米、至少大約50微米、至少大約70微米或至少大約90微米的厚度。在其它情況下，氟化聚合物化合物層102可以具有不大于大約800微米、如不大于大約500微米、不大于300微米、不大于大約200微米、不大于大約180微米、不大于大約150微米或不大于大約120微米的厚度。此外，要理解的是層102的平均厚度可以在任何上述最小和最大百分比之間的范圍內(nèi)。
[0033]談及不同層材料的重量量，在實施方案中，該非氟化聚合物化合物可以包括層102和106 (包括混合區(qū)104)的組合重量的至少大約5重量％，如至少大約10重量％、至少大約20重量％或至少大約30重量％。在其它實施方案中，該非氟化聚合物化合物可以包括層102和106 (包括混合區(qū)104)的組合重量的不大于大約80重量％，如不大于大約60重量％或不大于大約40重量％。
[0034]在其它實施方案中，包括在層102和106中的層材料量可以表示為體積量。在實施方案中，該非氟化聚合物構(gòu)成包括混合區(qū)104與任何封閉孔隙(未顯示在圖1中)的層102和106的總體積的至少大約5體積％，如至少大約10體積％、至少大約20體積％、至少大約30體積％或至少大約40體積％。在其它實施方案中，該非氟化聚合物構(gòu)成該非氟化聚合物層和氟化層的總體積的不大于大約90體積％，如不大于大約80體積％、不大于大約60體積％、不大于大約40體積％或不大于大約30體積％。
[0035]在某些情況下，該非氟化化合物或氟化層可以包括至少一種填料。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、娃灰石、硫酸鋇或其任意組合。
[0036]該填料可以以不同的量存在于各聚合物化合物中。在實施方案中，填料量可以是該聚合物化合物總體積的至少大約I體積％，如至少大約2體積％、至少大約5體積％、至少大約10體積％、至少大約20體積％或甚至至少大約30體積％。在其它實施方案中，該填料可以以該聚合物化合物總體積的不大于大約90體積％、如不大于大約75體積％、不大于大約60體積％、不大于大約50體積％或不大于大約40體積％存在。此外，要理解的是至少一種填料的量可以在任何上述最小和最大體積百分比之間的范圍內(nèi)。
[0037]在其它實施方案中，該聚合物化合物可以包括添加劑。該添加劑可以包括軟化劑、潤滑劑、增塑劑、分散劑、UV吸光劑或改善該層壓材料制品的應用性所需的任何其它試劑。在實施方案中，該添加劑可以包括含氟聚合物。
[0038]在實施方案中，該層壓材料包括軸承制品。在一個特定實施方案中，該層壓材料包括滑動軸承。軸承可以以非常大量的非常不同的形狀與尺寸制備。最小的軸承，也稱為超微型軸承，高度僅有幾微米，與之相比，用于其它用途的軸承高度可以高達500毫米。
[0039]軸承可以包括平面軸承、環(huán)形軸承、軸襯、球窩接頭軸承(半球)、滑動軸承、支撐軸承、推力軸承、線性軸承、軸瓦、軸承外圈及其組合。
[0040]在一個實施方案中，本文中所述的層壓材料是免維護的。術語“免維護”描述了如早期車門軸承的情況那樣無需潤滑的層壓材料。但是，免維護軸承的壽命超過并入這些軸承的產(chǎn)品的平均壽命或用于相同目的的常規(guī)軸承的壽命。
[0041]在一個特定實施方案中，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。
[0042]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。
[0043]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。
[0044]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。[0045]在一個實施方案中，形成軸承制品的方法可以包括提供具有主表面的基底。該方法可以進一步包括粗糙化該基底的主表面。該方法可以進一步包括向該主表面上施加非氟化聚合物層。該方法還可以包括用含氟聚合物組合物涂布非氟化聚合物層以形成層壓材料。此外，該方法可以包括壓制該層壓材料以形成該軸承制品。
[0046]圖2顯示了用于形成層壓材料的示例性方法。用非氟化粉末204熱(205)噴涂包括經(jīng)粗糙化的表面的金屬基底202。該噴涂通過能夠熱噴涂的設備206進行。熱噴涂產(chǎn)生非氟化聚合物的多孔層214.該多孔層214可以噴涂至任何所需厚度。施加的非氟化聚合物的量可以依賴于諸如粘接到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。在熱噴涂該非氟化聚合物層后，通過刮板208平整該層。接著，由敷料器210將氟化聚合物化合物粉末212施加到該多孔層214上。該氟化聚合物化合物可以包括本文中所述的任意氟化聚合物化合物或含氟聚合物與另一種聚合物、填料、表面劑、軟化劑、增塑劑或任何其它有益試劑的混合物。
[0047]該氟化聚合物化合物層可以施加至任何所需厚度，這取決于其應用目的。該含氟聚合物化合物層可以噴涂、刷涂、涂膜(paint coat)或通過任何常規(guī)方法施加到該多孔層214上。例如，如圖2中所示，該含氟聚合物可以噴涂。在實施方案中，該非氟化聚合物化合物與該氟化聚合物化合物可以如圖2中所示依次噴涂、同時噴涂(未顯示在圖2中)或部分同時噴涂(未顯示在圖2中)。關于部分同時噴涂，存在噴涂該非氟化聚合物化合物時的階段、同時施加非氟化聚合物化合物與氟化聚合物化合物時的階段和施加氟化聚合物化合物時的階段。
[0048]在施加含氟聚合物化合物粉末時，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)。
[0049]談及非氟化聚合物粉末，該非氟化聚合物可以包括聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合。在一個實施方案中，該非氟化聚合物基本上由聚醚醚酮(PEEK)組成。
[0050]該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。[0051 ] 在另一個實施方案中，該方法可以包括用非氟化聚合物粉末噴涂該基底以形成層214至不大于大約800微米、如不大于大約500微米、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。在一個實施方案中，該方法可以包括用非氟化聚合物粉末噴涂該金屬基底以形成層214至至少大約5微米、如至少10微米、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。在實施方案中，該方法包括通過熱噴涂或通過火焰噴涂該非氟化聚合物來施加該非氟化聚合物。
[0052]談及該氟化聚合物粉末，該氟化聚合物化合物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。在一個實施方案中，該氟化聚合物化合物基本上由聚四氟乙烯組成。
[0053]該氟化聚合物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。
[0054]該氟化聚合物粉末可以作為分散體或以干燥形式施加。該方法包括通過噴涂或涂膜涂布該氟化聚合物粉末。
[0055]在另一個實施方案中，該方法可以進一步包括熱軋該層壓材料層。在另一個實施方案中，該方法可以包括熱壓制或壓延該層壓材料。
[0056]在一個實施方案中，該非氟化層與該氟化層可以具有至少大約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。
[0057]實施例
[0058]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)Φ哪途眯?。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。
[0059]實施例1
[0060]在3巴下對鋁金屬背襯進行噴砂處理至3-4微米的表面粗糙度Ra。將平均粒度為大約20微米的PEEK熱噴涂到經(jīng)噴砂的鋁基底上。熱噴涂用ABBrobot4400進行。PEEK使用具有M40噴嘴的CaStodyn8000炬火焰噴涂。噴涂距離為100至300毫米，噴嘴掃描速度在150至400毫米/秒之間調(diào)節(jié)。掃描步距在I至5毫米之間調(diào)節(jié)。在基底上運行I至5次。隨后，用涂料噴槍施加PTFE化合物。該PTFE化合物以100至300毫米的距離、150至400毫米/秒的噴涂速度噴涂I至5次。隨后，該組件在340°C下燒結(jié)10分鐘并在430°C下燒結(jié)5分鐘。
[0061]使用CSM球-盤式摩擦磨損試驗儀用5N的載荷以70厘米/秒的速度進行摩擦測試，球的半徑為12毫米。該測試運行超過2000米的距離。三個樣品的結(jié)果總結(jié)在圖3中。
[0062]摩擦測試結(jié)果顯示COF (摩擦系數(shù))，所有PEEK/PTFE涂層的樣品在測試的整個過程中顯示基本恒定的COF值。COF的最終值為0.125至0.175。盡管未顯示在圖3中，所有PEEK/PTFE涂層的測試COF最終值低于單獨的PEEK層(無PTFE涂層)或單獨的PTFE層(無PEEK層)的測試COF最終值。
[0063]注意，在一般描述或?qū)嵤├胁⒎撬猩鲜龌顒泳潜匾模徊糠痔囟ɑ钚钥赡懿⒉灰?，除了描述的這些之外可以進行一項或多項其它活動。此外，列舉的活動的次序并不一定是實施它們的次序。
[0064]在上述說明書中已經(jīng)參照特定實施方案描述了這些概念。但是，本領域普通技術人員理解可以在不離開下文權(quán)利要求書所記載的本發(fā)明范圍的情況下進行各種修改和變化。因此，說明書和附圖僅視為說明性的，而不是限制性的，并且本發(fā)明的范圍意在包括所有此類修改。[0065]本文中所用的術語“包含”、“含有”、“包括”、“囊括”、“具有”、“有”或其任何其它變體意在覆蓋非排它性的包括。例如，包含特征列表的工藝、方法、制品或設備不必僅限于這些特征，而是可以包括未明確列舉的其它特征或此類工藝、方法、制品或設備所固有的其它特征。此外，除非明確相反地說明，“或”指的是包含性的“或”而不是排它性的“或”。例如，通過下列任意一種滿足條件A或B:A是真實的(或存在)且B為虛假的(或不存在)，A是虛假的(或不存在)且B是真實的(或存在)，且A和B均是真實的(或存在)。
[0066]同樣，使用“一個”或“一種”來描述本文中所述的元素和組分。這僅僅是為了方便并給出本發(fā)明的范圍的一般含義。這種描述應理解為包括一種或至少一種，并且該單數(shù)還包括復數(shù)，除非其明顯另有所指。
[0067]術語“平均”當指的是數(shù)值時想要指的是平均值，幾何平均值或中值。
[0068]上文中已就特定實施方案描述了益處、其它優(yōu)點和問題的解決方案。但是，益處、優(yōu)點、問題的解決方案和可以使任何益處、優(yōu)點或解決方案產(chǎn)生或變得更為顯著的任何特征不應解釋為任何或所有權(quán)利要求的關鍵的、必要的或基本特征。
[0069]在閱讀說明書后，本領域技術人員將理解，某些特征為清楚起見在本文中在單獨的實施方案中描述，也可以在單個實施方案中組合提供。相反，為簡化起見在單一實施方案中描述的各種特征也可以單獨地提供或以任何子組合提供。此外，提到以范圍描述的值包括該范圍內(nèi)的各個和每一數(shù)值。
【權(quán)利要求】
1.層壓材料制品，包含: 基底； 包含非氟化聚合物化合物與氟化聚合物化合物的非均勻混合物的層； 其中所述層壓材料制品包括沿垂直于所述基底的軸的漸變濃度梯度，其中所述漸變濃度梯度包括所述非氟化聚合物與所述氟化聚合物化合物的量相對于所述垂直于所述基底的軸的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物化合物選自聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物化合物基本上由聚醚醚酮組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物選自聚四氟乙烯(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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物基本上由聚四氟乙烯組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的層壓材料，其中所述層具有至少大約5微米、如至少大約10微米或至少大約20微米的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層壓材料，其中所述層具有不大于大約I毫米、如不大于大約500微米或不大于大約300微米的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物占所述層的至少大約10重量％，如至少大約20重量％或至少大約30重量％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物占所述層的不大于大約80重量如不大于大約60重量％或不大于大約40重量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的層壓材料，其中所述層進一步包括填料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的層壓材料，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。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的層壓材料，其中所述基底包括金屬基底或金屬合金基底。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的層壓材料，其中所述金屬基底具有至少大約I微米、至少大約5微米、至少大約10微米或至少大約100微米的表面粗糙度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的層壓材料，其中所述表面粗糙度不大于大約200微米，如不大于大約100微米或不大于大約80微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物進一步包括軟化劑或增塑劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的層壓材料，其中所述軟化劑或所述增塑劑包括含氟聚合物。
17.—種層壓材料制品,包含: 基底； 覆蓋所述基底的多孔非氟化聚合物層；和 覆蓋并滲透所述多孔非氟化層的氟化聚合物化合物層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物選自聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物基本上由聚醚醚酮組成。
20.根據(jù)權(quán)利要求17、18或19所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物選自聚四氟乙烯(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。
21.根據(jù)權(quán)利要求17、18或19所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物基本上由聚四氟乙烯組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求17至21中任一項所述的層壓材料，其中所述多孔非氟化聚合物層具有至少大約10微米、如至少大約30微米或至少大約70微米的厚度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的層壓材料，其中所述多孔非氟化聚合物層具有不大于大約500微米、如不大于300微米、不大于大約180微米或不大于大約150微米的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求17至23中任一項所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物層具有至少大約10微米、如至少大約30微米或至少大約70微米的厚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的層壓材料，其中所述氟化聚合物化合物層具有不大于約500微米、如不大于300微米、不大于約180微米或不大于約150微米的厚度。
26.根據(jù)權(quán)利要求17至25中任一項所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物構(gòu)成組合的聚合物層的至少約10體積％，如至少約20體積％或至少約30體積％。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的層壓材料，其中所述非氟化聚合物構(gòu)成包括所述非氟化聚合物層和所述氟化層的組合的不大于約80體積％，如不大于約60體積％或不大于約40體積％。
28.根據(jù)權(quán)利要求17至27中任一項所述的層壓材料，其中所述層進一步包括填料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的層壓材料，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。
30.根據(jù)權(quán)利要求17至29中任一項所述的層壓材料，其中所述基底包括金屬基底或金屬合金基底。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的層壓材料，其中所述金屬基底具有至少約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。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的層壓材料，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。
33.一種軸承制品，包含: 金屬基底； 覆蓋所述金屬基底的非氟化聚合物的不連續(xù)層； 覆蓋并滲透所述不連續(xù)層的氟化聚合物化合物的連續(xù)層。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的軸承制品，其中所述非氟化聚合物選自聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的軸承制品，其中所述非氟化聚合物基本上由聚醚醚酮組成。
36.根據(jù)權(quán)利要求33、34或35所述的軸承制品，其中所述氟化聚合物化合物選自聚四氟乙烯(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。
37.根據(jù)權(quán)利要求33、34或35所述的軸承制品，其中所述氟化聚合物化合物是聚四氟乙烯。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中任一項所述的軸承制品，其中所述不連續(xù)層具有至少約5微米、如至少約10微米或至少約20微米的厚度。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的軸承制品，其中所述不連續(xù)層具有不大于約500微米、如不大于約300微米、不大于約180微米或不大于約150微米的厚度。
40.根據(jù)權(quán)利要求33至39中任一項所述的軸承制品，其中所述連續(xù)聚合物層具有至少約10微米、如至少約30微米或至少約70微米的厚度。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的軸承制品，其中所述連續(xù)聚合物層具有不大于約500微米、如不大于300微米、不大于約180微米或不大于約150微米的厚度。
42.根據(jù)權(quán)利要求33至41中任一項所述的軸承制品，其中所述不連續(xù)層構(gòu)成組合的層的至少約10體積％，如至少約20體積％或至少約30體積％。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的軸承制品，其中所述不連續(xù)層構(gòu)成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40體積％。
44.根據(jù)權(quán)利要求33至43中任一項所述的軸承制品，其中所述層進一步包括填料。
45.根據(jù)權(quán)利要求44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。
46.根據(jù)權(quán)利要求33至45中任一項所述的軸承制品，其中所述金屬基底具有至少約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。
47.根據(jù)權(quán)利要求46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。
48.一種軸承材料，包含: 具有經(jīng)粗糙化的表面的金屬基底； 多孔PEEK層； 覆蓋并滲透所述多孔PEEK層的連續(xù)的PTFE組合物層。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的軸承制品，其中所述多孔PEEK層具有至少約0.1、如至少約0.2或甚至至少約0.4的孔隙率。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的軸承制品，其中所述孔隙率不大于約0.7，如不大于約0.6或甚至不大于約0.5。
51.根據(jù)權(quán)利要求48至40中任一項所述的軸承制品，其中所述多孔PEEK層具有至少約30微米、如至少約50微米或至少約70微米的厚度。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的軸承制品，其中所述多孔PEEK層具有不大于約200微米、如不大于180微米或不大于約150微米的厚度。
53.根據(jù)權(quán)利要求48至52中任一項所述的軸承制品，其中所述連續(xù)的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。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的軸承制品，其中所述連續(xù)的PTFE組合物層具有不大于約150微米、如不大于130微米或不大于約100微米的厚度。
55.根據(jù)權(quán)利要求48至54中任一項所述的軸承制品，其中所述多孔PEEK層構(gòu)成組合的層的至少約20體積％，如至少約40體積％或至少約50體積％。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的軸承制品，其中所述多孔PEEK層構(gòu)成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％。
57.根據(jù)權(quán)利要求48至56中任一項所述的軸承制品，其中所述連續(xù)的PTFE層進一步包括填料。
58.根據(jù)權(quán)利要求57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。
59.根據(jù)權(quán)利要求48至58中任一項所述的軸承制品，其中所述金屬基底具有至少約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。
60.根據(jù)權(quán)利要求59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。
61.一種制造軸承制品的方法，所述方法包括: 提供具有主表面的基底； 粗糖化所述基底的主表面； 向所述主表面上施加非氟化聚合物層； 用含氟聚合物組合物涂布所述非氟化聚合物層以形成層壓材料；和 壓制所述層壓材料以形成所述軸承制品。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中所述非氟化聚合物選自聚醚醚酮(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)、聚苯硫醚(PPS)、聚羥基丁酸酯(PHB)及其任意組合
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的方法，其中所述非氟化聚合物基本上由聚醚醚酮組成。
64.根據(jù)權(quán)利要求61、62或63所述的方法，其中所述氟化聚合物化合物選自聚四氟乙烯(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。
65.根據(jù)權(quán)利要求61、62或63所述的軸承制品，其中所述氟化聚合物化合物基本上由聚四氟乙烯組成。
66.根據(jù)權(quán)利要求61至65中任一項所述的方法，其中施加所述非氟化聚合物包括熱噴涂或火焰噴涂所述非氟化聚合物。
67.根據(jù)權(quán)利要求61至66中任一項所述的方法，其中所述涂布包括涂膜或噴涂。
68.根據(jù)權(quán)利 要求61至67中任一項所述的方法，其中所述壓制包括熱壓制或壓延。
【文檔編號】B32B15/08GK103998237SQ201280061421
【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:2011年12月28日
【發(fā)明者】廖翰林, C·德米安, 王連翔, 劉曉葉 申請人:美國圣戈班性能塑料公司