CN102390139A

CN102390139A - 自润滑型三层复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102390139A
Application number: CN2011102407593A
Authority: CN
Inventors: 郭强; 叶小燕; 赵正平; 张四刚; 谭孝林; 张经毅
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明涉及自润滑型三层复合材料及其制备方法，该复合材料具有自润滑型树脂基固体粉末涂料表面层—球形铜粉中间层—金属基板的三层复合结构。其表面层是由添加固体润滑剂的自润滑功能型树脂基固体粉末涂料经静电喷涂工艺形成的，可得到超薄耐磨表面层。本项发明以自润滑型树脂基固体粉末涂料为耐磨表面层，结合金属基板优异的物理机械性能，得到具有制备工艺简便、易实现自动化、无油自润滑性、高耐磨性、耐化学试剂等优点的低摩擦系数、耐磨新型三层复合材料。

Description

自润滑型三层复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种三层复合材料及其制备方法，特别是一种自润滑型三层复合材料及其制备方法。

背景技术

三层复合材料由金属基板、烧结球形铜粉多孔中间层、聚合物及其改性材料复合而成。目前主要有聚四氟乙烯表面层（DU）、聚甲醛表面层（DX）、聚酰亚胺表面层等三层复合材料的制备和性能研究，DU材料主要采取铺装、冷轧、热烧结的制备工艺，DX材料主要采取粒料铺装、热压的制备工艺。对于DU材料，PTFE在负荷下具有蠕变严重（冷流现象），耐磨损性能和粘接性能差等缺点。DX材料则因POM不耐强酸和强氧化剂，无自熄性，不耐冲击等缺陷限制了其应用范围。因此，一种与金属基板结合力强、工艺简便、稳定性好且耐磨损等优点的高性能自润滑三层复合材料具有实用价值。

固体粉末涂料及其涂装技术是多年来在我国迅速发展的一项工艺和技术，具有节省能源和资源、减少环境污染、工艺简便、易实现自动化、涂层坚固耐用，粉末可回收再利用等特点。功能型固体粉末涂料是通过各种改性手段改变基础粉末涂料体系获得特定性能的粉末涂料品种。耐磨固体粉末涂料主要采取加入具有固体润滑作用的固体润滑剂来增强耐磨性能的一种功能型固体粉末涂料。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种自润滑型三层复合材料。

本发明的目的之二在于提供该三层复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自润滑型三层复合材料，由表面层（1）、中间层（2）和基板（3），其特征在于所述的表面层（1）是由添加固体润滑剂的功能型树脂基固体粉末涂料涂覆而成，其厚度在0.03~0.8mm之间；所述的中间层为冶金烧结球形铜粉，其厚度为0.07~0.8mm；所述的基板为金属，其厚度为0.2~50mm。

上述的自润滑型三层复合材料厚度在0.3~51mm之间。

上述的添加固体润滑剂的功能型树脂基固体粉末涂料的组成及重量百分含量为：

功能型树脂基固体粉末涂料 50~90%

固化剂 3~30%

固体润滑剂 1~35%

流平剂 1~5%

钛白粉 3~15%

安息香 0.2~2%。

上述的功能型树脂基固体粉末涂料有：环氧树脂、聚酯树脂、聚酯/环氧复合型树脂，聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。

上述的固体润滑剂为二硫化钼、钼粉、石墨、氧化石墨、三氧化钼、三聚氰胺尿酸盐和聚四氟乙烯中的至少一种。

上述的固体润滑剂平均粒径在1~10

之间。

上述的固化剂根据所选用的功能型树脂基固体粉末涂料所带有的活性基团进行选择。

上述的固化剂有：癸二酸二酰肼、2-甲基咪唑、十二烷基二羧酸、线性酚醛树脂、双氰胺和异氰尿酸三缩水甘油酯中的至少一种。

上述的流平剂为聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯、醋酸丁酸纤维素、环氧大豆油和脂肪酸有机聚合物中的至少一种。

上述的基板为碳钢板、铜板或不锈钢板。

上述的中间层是由粒度在0.04mm至0.80mm范围内的球形铜粉经氢气烧结后形成。

一种制备上述的自润滑型三层复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：采用静电喷涂工艺将上述制得的自润滑型树脂基固体粉末涂料喷涂于表面冶金烧结粘附一层球形铜粉的金属基板上，将该金属基板在150~230℃温度下固化5~30min，使表面层固体粉末涂料熔融自流平，表面层牢固粘结于金属基板上，室温冷却后得到自润滑型三层复合材料。

上述的自润滑型树脂基固体粉末涂料的制备方法为：将个组分搅拌混合1~10min，再进行熔融挤出，滚压成0.3~1.5mm薄片，冷却后经粉碎、分级筛选，收集粒径在10~80

之间的粉料，即为所需的自润滑型树脂基固体粉末涂料。

所述固体粉末涂料用固化剂根据基体树脂所带有的活性基团选择，如：

癸二酸二酰肼

2-甲基咪唑

十二烷基二羧酸

线性酚醛树脂

双氰胺

异氰尿酸三缩水甘油酯（TGIC）

中的一种或多种，其含量为3~30%。

起促进流平作用的流平剂，如聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯、醋酸丁酸纤维素、环氧大豆油、脂肪酸有机聚合物中的一种或多种，其含量为1~5%。

所述固体粉末涂料为加入优异润滑性能的固体润滑剂的自润滑功能型树脂基固体粉末涂料，固体润滑剂如：二硫化钼、钼粉、石墨、氧化石墨、三氧化钼、三聚氰胺尿酸盐（MCA，C₆H₉N₉O₃）和聚四氟乙烯中的一种或多种，固体润滑剂平均粒径在1~10之间。

三聚氰胺尿酸盐MCA

上述表面层为自润滑型树脂基固体粉末涂料的三层复合材料，所述固体粉末涂料表面层含有起补强、防老化和填充作用的钛白粉（R型），含量为3~15%；以及含有能够消除粉末涂料在固化过程中产生针孔、缩孔、气泡等弊端的安息香（二苯乙醇酮），其含量为0.2~2%。

二苯乙醇酮

本发明采用与表面烧结球形铜粉的金属基板具有较强附着力、添加一种或多种固体润滑剂的固体粉末涂料作为三层复合材料减摩耐磨表面层，同时利用金属基板优异的物理机械性能，得到具有工艺简便、与金属基板结合力强的高性能自润滑三层复合材料。本项发明采用了粉末涂料静电喷涂工艺制备得到三层复合材料的表面层，不仅工艺简便，而且可以得到超薄表面耐磨涂层，使得这种具有自润滑性、低摩擦系数和高耐磨性的三层复合材料能够实现在精细结构或机构上应用。

利用本发明制备的自润滑型树脂基固体粉末涂料表面层的三层复合材料，可直接应用于减磨零部件；另外，通过整形、剪切、卷曲等一系列工艺可制成相应的自润滑滑动轴承零部件，金属基板与具有自润滑功能的表面层之间的结合稳固性好，适用于无油自润滑滑动轴承零部件。

本发明的复合材料其优点在于以固体粉末涂料为耐磨表面层，结合金属基板优异的物理机械性能，从而得到具有工艺简便、与金属基板结合力强、易实现超薄表面耐磨涂层等优点的高性能自润滑三层复合材料。

附图说明

图1为自润滑型树脂基固体粉末涂料表面层三层复合材料的结构示意图。

图2为实施例一的三层复合材料的摩擦系数。

图3为实施例二的三层复合材料的摩擦系数。

图4为实施例三的三层复合材料的摩擦系数。

具体实施方式

下面给出三个自润滑型树脂基固体粉末涂料表面层三层复合材料的实施例。

实施例一

1、按设计的自润滑型树脂基固体粉末涂料配方称量其中各组分，按质量百分比计，环氧树脂E20为60%，固化剂癸二酸二酰肼为7%，有机硅流平剂为2.2%，安息香为0.8%，钛白粉为8%，固体润滑剂为石墨5%、二硫化钼8%、三聚氰胺尿酸盐MAC3%和聚四氟乙烯6%。

2、将1中混合物统一加入混合机内混合约10~60分钟，再将混合均匀的粉料加入粉末涂料挤出机内加热熔融挤出，加热段温度为70~90℃，挤出段温度为110~130℃，将挤出物料滚压成0.5~1.5mm薄片，冷却后将片材粉碎、分级筛选，收集符合粒度要求的粉料，较粗预聚物粒子再重复进行粉碎，如此反复制得待用的固体粉末涂料，其粒径在10~80

之间。

3、将上述制得的固体粉末涂料通过机械混合后，采用静电喷涂工艺将其喷涂于表面冶金烧结粘附一层球形铜粉的金属基板上，中间层厚度约为0.4 mm左右，基板厚度为2 mm，将涂覆固体粉末涂料后的板材置于烧结炉内进行高温固化，固化条件为150~230℃，5~30min，使表面层固体粉末涂料熔融自流平，表面层牢固粘结于金属基板上。最后室温冷却，得到表面层为固体粉末涂料的三层复合材料，厚度约为2.8 mm，其中表面层厚度约为0.4 mm。

采用环-块滑动式干摩擦磨损试验方法，下试样转数200r/min，载荷200N，连续试验120min，测得磨损率为1.37×10^-5mm³/N.m，稳定期摩擦系数为0.28左右，参见图2。

实施例二

1、按设计的自润滑型树脂基固体粉末涂料配方称量其各组分，按质量百分比计，聚酯树脂CPE-2070为60%，TGIC为8.2%，有机硅流平剂为3%，安息香为0.8%，钛白粉为6%，固体润滑剂为二硫化钼10%、钼粉2%、三氧化钼3%、石墨2%、聚四氟乙烯5%。

之间。

采用环-块滑动式干摩擦磨损试验方法，下试样转数200r/min，载荷200N，连续试验120min，测得磨损率为1.08×10^-5mm³/N.m，稳定期摩擦系数为0.25左右，参见图3。

实施例三

1、按设计的自润滑型树脂基固体粉末涂料配方称量其各组分，按质量百分比计，聚酯树脂CPE-2070为32%，固化剂环氧树脂E20为32%，有机硅流平剂为2.2%，安息香为0.8%，钛白粉为10%，固体润滑剂为二硫化钼8%、三聚氰胺尿酸盐MAC4%和聚四氟乙烯6%、石墨2.5%、氧化石墨2.5%。

之间。

采用环-块滑动式干摩擦磨损试验方法，下试样转数200r/min，载荷200N，连续试验120min，测得磨损率为1.11×10^-5mm³/N.m，稳定期摩擦系数为0.28左右，参见图4。

Claims

1.一种自润滑型三层复合材料，由表面层（1）、中间层（2）和基板（3），其特征在于所述的表面层（1）是由添加固体润滑剂的功能型树脂基固体粉末涂料涂覆而成，其厚度为0.03~0.8mm；所述的中间层为冶金烧结球形铜粉，其厚度为0.07~0.8mm；所述的基板为金属，其厚度为0.2~50mm。

2.根据权利要求1所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的自润滑型三层复合材料厚度在0.3~51mm之间。

3.根据权利要求1所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的添加固体润滑剂的功能型树脂基固体粉末涂料的组成及重量百分含量为：

功能型树脂基固体粉末涂料 50~90%

固化剂 3~30%

固体润滑剂 1~35%

流平剂 1~5%

钛白粉 3~15%

安息香 0.2~2%。

4.根据权利要求3所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的功能型树脂基固体粉末涂料有：环氧树脂、聚酯树脂、聚酯/环氧复合型树脂，聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。

5.根据权利要求3所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的固体润滑剂为二硫化钼、钼粉、石墨、氧化石墨、三氧化钼、三聚氰胺尿酸盐和聚四氟乙烯中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的固体润滑剂平均粒径在1~10

之间。

7.根据权利要求3所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的固化剂根据所选用的功能型树脂基固体粉末涂料所带有的活性基团进行选择。

8.根据权利要求7所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的固化剂有：癸二酸二酰肼、2-甲基咪唑、十二烷基二羧酸、线性酚醛树脂、双氰胺和异氰尿酸三缩水甘油酯中的至少一种。

9.根据权利要求3所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的流平剂为聚丙烯酸酯、含硅丙烯酸酯、醋酸丁酸纤维素、环氧大豆油和脂肪酸有机聚合物中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的基板（3）为碳钢板、铜板或不锈钢板。

11.根据权利要求1所述的自润滑型三层复合材料，其特征在于所述的中间层是由粒度在0.04mm至0.80mm范围内的球形铜粉经氢气烧结后形成。

12.一种制备根据权利要求1所述的自润滑型三层复合材料的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：采用静电喷涂工艺将上述制得的自润滑型树脂基固体粉末涂料喷涂于表面冶金烧结粘附一层球形铜粉的金属基板上，将该金属基板在150~230℃温度下固化5~30min，使表面层固体粉末涂料熔融自流平，表面层牢固粘结于金属基板上，室温冷却后得到自润滑型三层复合材料。

13.根据权利要求12所述的自润滑型三层复合材料的制备方法，其特征在于所述的自润滑型树脂基固体粉末涂料的制备方法为：将个组分搅拌混合1~10min，再进行熔融挤出，滚压成0.3~1.5mm薄片，冷却后经粉碎、分级筛选，收集粒径在10~80之间的粉料，即为所需的自润滑型树脂基固体粉末涂料。