CN112219048B - 用于密封件的层复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于密封件的层复合材料，其包括平面基底层，例如石墨箔层，和二维连续的聚四氟乙烯覆盖层，所述聚四氟乙烯覆盖层粘附到所述基底层的表面上，其特征在于，所述聚四氟乙烯覆盖层含有少于200g/m2的聚四氟乙烯。

Description

用于密封件的层复合材料
技术领域
本发明涉及一种用于密封件，优选用于垫圈的层复合材料，所述层复合材料特别适用于化学工业、石油化学工业、发电厂和汽车工业中的密封法兰，例如在工业管道中，特别是在化学、石油和天然气应用中，以及用于热能系统，例如在发电厂或机动车辆的废气处理系统中。
背景技术
已知以颗粒形式存在的聚四氟乙烯(PTFE)与石墨结合使用。
例如，实用新型RU 41 430U1描述了一种汽缸盖密封件，其包括热膨胀石墨层，在至少一个表面上施加有PTFE涂层。所述涂层可以从悬浮液，例如通过喷涂施加。最佳厚度应为5-20微米。因此，该文献中提出的PTFE涂层是一层PTFE颗粒，它们彼此相邻排列并且很小，以至于它们可以置于悬浮状态。
由Sigri Elektrographit GmbH的德国公开说明书(Offenlegungsschrift)24 41602已知一种垫圈，所述垫圈由一个或多个石墨箔组成，并且其中至少一个箔表面部分地涂覆有以颗粒形式存在并减少粘附和滑动摩擦的物质。具有层晶格结构的化合物(例如二硫化钼、氮化硼和氟化石墨)、耐温抗粘聚合物(例如PTFE和聚酰亚胺)以及金属皂和酞菁或这些物质的混合物被描述为合适的涂层物质。由所述润滑剂组成的物质的厚度应优选为5至200μm。还描述了减小摩擦的物质作为分散体进行施加。优选地，将减小摩擦的物质棍压到箔中。结果，例如，获得了固定地锚定在箔表面中并形成岛状复合物的PTFE颗粒。
还已知包括平面石墨箔层和粘附到所述石墨箔层的二维连续的含塑料层的复合材料。
例如，DE 691 17 992 T2描述了一种柔性石墨层压物，所述层压物旨在适用作密封元件，并且其中涂覆有聚合物树脂(例如PTFE)的物质被插入并结合在两段柔性石墨材料之间。因此，在该文献中描述的柔性石墨层压物中，PTFE在内部位于石墨层之间。
DE 10 2012 202 748 A1描述了一种制造单位面积重量特别低的石墨箔的方法。在这种情况下，载体上的石墨盐颗粒在膨胀步骤中膨胀以形成石墨膨胀物。所述石墨膨胀物保留在载体上，并在压缩步骤中被压缩在载体上以形成石墨箔。描述了石墨箔可以与至少一个塑料薄膜一起形成层压物。所述塑料薄膜可以由至少一种塑料材料形成，所述塑料材料来自包含以下的组：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚烯烃如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，聚酯，聚酰亚胺(PI)，氟塑料如PVDF和PTFE，聚碳酸酯，和生物聚合物如聚交酯(PLA)、醋酸纤维素(CA)和淀粉共混物。还描述了石墨箔和塑料薄膜可以在不使用粘合剂的情况下相互连接。描述了可以对塑料薄膜打孔，孔径介于0.25和2mm之间。还提出了在密封技术中的应用。
KR 0158051 B1涉及含有膨胀石墨的密封件。它提出用诸如PTFE的密封材料浸渍，特别是提到PTFE颗粒。还提到了PTFE薄膜，没有指定厚度。
通过使用平面切割工具从PTFE块的表面去除一层，可以从PTFE块形成PTFE箔和薄膜。已经发现所述层必须粘附到特定的最小厚度，否则不可能生产箔。因此，PTFE塑料薄膜的使用不可避免地导致每单位面积特定的高PTFE重量。
实用新型G 92 08 943.7 U1描述了一种压盖密封件，该压盖密封件具有多个石墨密封环，所述石墨密封环彼此叠置以形成压盖填料。石墨密封环中的至少一者具有石墨芯和由PTFE制成的护套。所述护套可以由PTFE箔或PTFE板成形，或者能够以扩散密封方式烧结到石墨芯上。所述PTFE护套可以配置为封闭式护套或沟槽式护套。没有提及PTFE护套的厚度。附图显示相当厚的PTFE护套。在封闭式护套和沟槽式护套的情况下，石墨芯的两个外围边缘都覆盖有PTFE。
实用新型DE 21 2008 000 051 U1涉及一种用于密封法兰连接的密封件。它描述了一种由可膨胀石墨制成并涂覆有多孔聚四氟乙烯涂层的芯环。所述涂层通过以螺旋状方式在芯环的表面周围缠绕涂层条来形成。该实用新型还教导了涂层条的缠绕应重叠。因此，所述涂层条不仅完全覆盖芯环的两个表面，而且还覆盖芯环的内边缘和外边缘。取决于芯环的直径，涂层条的厚度可以为0.045至0.25mm。描述了涂层条的孔隙率可以例如为30％至40％或50％至60％。在DE 21 2008 000 051 U1中描述的密封件的缺点在于，涂层的厚度总是不一致，因为在缠绕期间，总是形成具有多次重叠的区域和仅具有一次重叠的区域。另外，缠绕需要大量的工作并且难以自动化。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种普遍适用的密封材料，所述密封材料能够以特别简单且环保的方式制造，并且即使在高压和高温下长期使用后也可以容易地从与所述密封材料接触的表面上脱离。
该问题通过用于密封件、特别是用于垫圈的层复合材料来解决，所述层复合材料包括平面基底层、例如石墨箔层，和粘附到所述基底层表面的二维连续的聚四氟乙烯覆盖层，所述聚四氟乙烯覆盖层含有少于200g/m2的聚四氟乙烯(PTFE)。因此，覆盖层以每平方米覆盖层计含有少于200g PTFE，通常至多190g/m2 PTFE，特别是至多175g/m2 PTFE，优选至多160g/m2 PTFE，更优选至多150g/m2 PTFE，特别优选至多130g/m2 PTFE，尤其优选至多110g/m2 PTFE，非常优选至多100g/m2 PTFE，例如至多80g/m2 PTFE。
聚四氟乙烯覆盖层是二维连续的。二维连续层应理解为例如可以是二维连续的(例如以气密方式连续的)、可以是多孔的或者可以具有网状结构的层。然而，由彼此相邻定位的颗粒组成的层不是二维连续层。
特征“二维连续”涉及聚四氟乙烯。因此，二维连续的聚四氟乙烯覆盖层不是例如嵌入其他物质中(例如其他聚合物中)或压入基底层(例如石墨箔层)表面中的聚四氟乙烯颗粒层。
令人惊讶的是，已发现，根据本发明的层复合材料可以根据下面描述的根据本发明的方法以特别简单的方式获得，其通过使用例如在美国专利第3,962,153号中描述并且将在下面结合根据本发明的方法进行更详细讨论的微孔聚四氟乙烯层进行。举例来说，可以使用从许多其他不同的技术领域已知的拉伸聚四氟乙烯层，例如来自服装行业的
Figure BDA0002813918090000041
膜。然而，在该行业中，这些材料不是用于形成密封件，而是用于形成可渗透水蒸气并有针对性地促进水蒸气从身体芯吸出来的衣服层，换句话说实际上是“非密封件”。因此，现在提出的用途与先前已知的微孔PTFE层的主要使用领域形成对比。
根据本发明的层复合材料和根据本发明的方法是环境友好的，因为仅形成非常薄的聚四氟乙烯覆盖层，该覆盖层具有非常低的单位面积重量，即每平方米覆盖层小于200gPTFE。在开头提到的现有技术中提出了含PTFE的涂层。然而，这些是通过PTFE颗粒的悬浮液或分散液形成的。结果，它们不是二维连续的，而是基本上由彼此相邻定位的PTFE颗粒形成的。与根据本发明提出的二维连续的微孔聚四氟乙烯覆盖层的用途不同，含有PTFE颗粒的悬浮液和分散液，特别是在喷涂期间，带来破坏环境的PTFE释放的风险更高。由于PTFE颗粒没有相互连接，因此它们实际上与其余的密封材料密不可分，这使得处理更加困难。然而，二维连续的PTFE可以至少大部分整体地从平面基底层上去除。与现有技术中提到的PTFE箔相比，存在单位面积重量更低的优点；换句话说，总体上需要更少的PTFE，这增加了环境相容性。
根据本发明的层复合材料是普遍适用的，例如在特别高的压力和温度的非常宽的范围内。如果在特别高的压力和温度下在法兰中的垫圈中使用单位面积重量相对较高的PTFE层，则法兰的接触压力会在使用寿命内大幅下降，因为大量的PTFE会从密封件中“渗出”。已经发现，当使用包含根据本发明的层复合材料的垫圈时，法兰的接触压力长期保持较高。首先，特别薄的聚四氟乙烯覆盖层总体看来降低了PTFE渗出的趋势。其次，当PTFE确实渗出时，垫圈的厚度仅在最小程度上下降，因为根据本发明的每单位面积的低重量意味着无论如何仅存在非常少量的PTFE。因此，只有很少量的PTFE(如果有的话)可以从密封件中“渗出”。随着PTFE“渗出”，密封件的厚度因此仅会非常轻微地下降，并且因此接触压力仍然很高。结果，由于不需要重新拧紧法兰上的螺钉或需要重新拧紧螺钉的频率降低，以保持所需的接触压力，从而减少了所需的维护。
已经发现，即使在300℃和30MPa下24小时后，根据本发明的垫圈也可以容易地从法兰上手动拆卸并且没有任何可见的残留物。
所述层复合材料包括平面基底层。所述平面基底层具有两个表面，它们在外围边缘区域中彼此融合。外围边缘区域限定了基底层的轮廓。
聚四氟乙烯覆盖层粘附到基底层的表面。聚四氟乙烯覆盖层可以延伸到位于基底层的轮廓之外的区域中。通常，聚四氟乙烯覆盖层不延伸超过该轮廓，或者其仅在外围边缘区域的一个或多个部分中延伸超出该轮廓。其中聚四氟乙烯覆盖层延伸超出轮廓的一个或多个部分的长度总计为外围边缘区域长度的至多99.9％，通常至多90％，特别是至多80％，优选至多70％，特别优选至多60％，尤其优选至多50％，例如至多35％。
根据本发明，聚四氟乙烯覆盖层也可以围绕基底层的外围边缘区域的多个部分延伸。在这种情况下，覆盖边缘区域的聚四氟乙烯覆盖层区域也构成聚四氟乙烯覆盖层的总表面积。然而，根据本发明，聚四氟乙烯覆盖层的总表面积的超过80％、通常超过85％、优选超过95％、特别优选超过98％优选位于基底层的轮廓内。这是优选的，因为由此可以进一步减少所需的PTFE的总量，这进一步改善了根据本发明的层复合材料的环境相容性。
可以通过根据本发明的方法施加在微孔聚四氟乙烯层的表面上的任何平面材料都可以用作平面基底层。本领域技术人员可以容易地测试基底层的适用性。平面基底层可以例如是石墨箔层或金属箔层，所述金属优选选自不锈钢、镍、镍合金、钢和铜，例如选自不锈钢和镍合金。
优选地，平面基底层是石墨箔层。
石墨箔层是例如由膨胀石墨制成的石墨箔层。众所周知，石墨箔可以通过以下方法来制造：用特定的酸处理石墨，从而形成在石墨烯层之间插入有具有酸阴离子的石墨盐。然后通过将所述石墨盐暴露于例如800℃的高温使石墨盐膨胀。然后将膨胀期间获得的石墨膨胀物压缩以形成石墨箔。EP 1 120 378 B1描述了一种制造石墨箔的方法。在引言部分中提到的DE 10 2012 202 748 A1也描述了一种制造石墨箔的方法。
在所述层复合材料中，石墨箔层的密度通常为0.7至1.3g/cm3，优选为1.0至1.2g/cm3，特别优选为1.0至1.1g/cm3。
根据本发明，聚四氟乙烯覆盖层位于层复合材料中的外侧。这是术语“覆盖”的基础。因此，在聚四氟乙烯覆盖层的背离平面基底层的一侧上，没有施加额外的二维连续材料层。根据本发明的特定实施方式，借助于聚四氟乙烯覆盖层连接到基底层的微粒涂层并非额外的二维连续材料层。
聚四氟乙烯覆盖层粘附到基底层的表面。这意味着聚四氟乙烯覆盖层被如此牢固地连接到基底层的表面，以使得层复合材料可以通过水射流切割或通过冲压来切割而不会使层复合材料分离。通常，两层之间的连接的抗张强度大于1N/mm2，优选大于2N/mm2。出乎意料地，已发现，通过单独压制和/或通过升高温度，可以将微孔聚四氟乙烯层非常牢固地施加到平面基底层上，特别是施加到石墨箔层上。据推测，在压制期间和/或当温度升高时，基底层中的微观不规则性与聚四氟乙烯层的微孔啮合，并且这保证了在基底层上远远超出了技术要求的出乎意料的高粘合强度。
根据本发明，聚四氟乙烯覆盖层粘附到平面基底层的表面。通常，在这种情况下，聚四氟乙烯覆盖层的两个表面之一与基底层的表面(几乎)完全接触，例如聚四氟乙烯覆盖层的两个表面之一的至少90％与基底层的表面接触。
在某些层复合材料中，例如在波纹形环密封件中，基底层是波纹形的。波纹形是指基底层具有波状极值，即最大值和最小值。聚四氟乙烯覆盖层的两个表面之一可以与基底层的表面之一几乎完全接触。在这种情况下，所述表面在最大值的区域中和在最小值的区域中以及在位于最小值与最大值之间的区域中邻接基底层的表面。优选地，聚四氟乙烯覆盖层的两个表面之一的多个部分与波纹形基底层的两个表面之一的多个部分接触。举例来说，基底层与聚四氟乙烯覆盖层之间的接触仅存在于最大值的区域中。
聚四氟乙烯是高度氟化的聚乙烯，主要包含至少85重量％、优选至少90重量％、特别优选至少95重量％、例如至少98重量％的CF2-CF2亚单元。在聚四氟乙烯中，F原子与H原子的摩尔比优选大于10，特别是大于20，优选大于30。
聚四氟乙烯覆盖层的平均厚度优选在10至50μm的范围内，特别是在10至40μm的范围内，优选在10至30μm的范围内。通常，覆盖层含有1至190g/m2 PTFE，特别是2.5至175g/m2PTFE，优选4至160g/m2 PTFE，更优选5至150g/m2 PTFE，特别优选7至130g/m2 PTFE，尤其优选9至110g/m2 PTFE，非常优选10至100g/m2 PTFE，例如12至80g/m2 PTFE。
根据本发明的层复合材料优选为0.5至4.0mm厚，特别优选为1.5至3.0mm厚。
在根据本发明的层复合材料的一个实施方式中，聚四氟乙烯覆盖层在背离平面基底层的表面上未被涂覆。观察到，在这种情况下，即使在高压和高温下使用了较长时间后，聚四氟乙烯仍然相对牢固地粘附在法兰上，并且当去除垫圈时，由聚四氟乙烯和基底层组成的复合材料会释放。然而，一旦除去其余的垫圈，聚四氟乙烯就可以无需工具毫无困难地并且基本上整体地从法兰上完全拆卸。
在根据本发明的层复合材料的另一个实施方式中，将聚四氟乙烯覆盖层涂覆在背离平面基底层的表面上。可以想到在现有技术中已经描述的任何抗粘涂层，特别是关于法兰的密封件。
优选地，根据本发明的层复合材料具有微粒涂层，所述微粒涂层借助于聚四氟乙烯覆盖层连接到基底层。
所述涂层可以完全或部分地覆盖背离基底层的聚四氟乙烯覆盖层表面，例如5％至99％，特别是10％至98.5％，优选20％至98％，特别优选25％至97％，尤其优选30％至95％。
涂层可包含颗粒，例如平均粒度(d50)在1至50μm的范围内，特别是在1至25μm的范围内，例如在1至10μm的范围内的石墨颗粒。平均粒度d50描述了可以根据ISO 13320-2009使用激光粒度测定法确定的值，并且其中粒度分布的累积分布曲线Q3(X)为50％。
包含微粒涂层的根据本发明的实施方式具有进一步降低聚四氟乙烯覆盖层对法兰的粘附力的优点。结果，即使在高压和高温下使用相对长时间后，也可以可靠地将包括微粒涂层的垫圈整体地从法兰上拆卸。因而不需要在以后从法兰上拆卸分层的PTFE。这提供了额外的关键优势：即使在更换密封件之后，也可以特别可靠地保证过程的安全操作。这是因为很容易忽略旧密封件中大量或零碎粘附的PTFE残留物，特别是在难以接近的法兰上。PTFE残留物导致新插入的垫圈下的接触压力不一致，在最坏的情况下，这可能导致不受控制的热流体泄漏。因此，最终，微粒涂层意味着，在更换密封件之后，即使在高压和高温下，也能确保所述过程的特别可靠的操作，甚至与使用无微粒涂层的层复合材料相比具有更高的确定性。
原则上，微粒涂层可以包含大范围的颗粒，例如二氧化硅粉，硅酸盐例如片状硅酸盐，云母，颜料，铁氧化物，滑石，金属氧化物颗粒，例如Al2O3、SiO2和/或TiO2。
然而，优选地，微粒涂层是微粒固体润滑剂涂层。
固体润滑剂涂层可以包括例如石墨颗粒、二硫化钼颗粒和/或软金属颗粒，例如铝、铜或铅颗粒。特别优选的固体润滑剂涂层包含石墨颗粒和/或二硫化钼颗粒。尤其优选的固体润滑剂涂层包含石墨颗粒。
固体润滑剂涂层的优点在于，当施加它们时，聚四氟乙烯覆盖层的孔隙率或残留孔隙率通常不会增加。固体润滑剂颗粒是柔软的，因此其施加不会显著损害聚四氟乙烯覆盖层。因此，通常，固体润滑剂涂层的施加不会导致不希望量的流体渗透性。
层复合材料优选是不透流体的，即基本上不渗透气体和液体。这可以根据例如DINEN 13555确定。
优选地，根据本发明的层复合材料不含当加热至100℃至400℃范围内的温度并且随后冷却至室温时形成粘合剂残留物的物质，或者仅在不透流体的层之间包含它们。结果，粘合剂残留物不与法兰接触，并且因此由层复合材料制成的垫圈可以在任何时间毫无困难地与法兰分离。
除了权利要求1中提到的层之外，层复合材料可以具有另外的层，例如金属层，优选一个或多个钢板层或不锈钢板层，和/或另外的基底层，例如另外的石墨箔层。金属板层可以例如是普通金属板层或粗糙金属板层。
根据本发明的层复合材料优选包括第二个二维连续的聚四氟乙烯覆盖层。在这种情况下，一个聚四氟乙烯覆盖层覆盖在层复合材料的前面，而第二个聚四氟乙烯覆盖层覆盖在层复合材料的后面。
上面关于二维连续的聚四氟乙烯覆盖层的解释相应地适用于第二个二维连续的聚四氟乙烯覆盖层。
当用于管道的管部分之间的法兰连接的垫圈由层复合材料制成时，第二个二维连续的聚四氟乙烯覆盖层是特别期望的。在管部分的法兰连接中，垫圈的两侧在相似的程度上暴露于通过管道传导的流体以及热和压力，因此同样频繁出现密封件与两个管部分的法兰分离的问题。即使在300℃和30MPa下24小时之后，在两个面上都覆盖有聚四氟乙烯覆盖层的根据本发明的层复合材料也可以毫无困难地与两个法兰分离。
第二个二维连续的聚四氟乙烯覆盖层也可以具有微粒涂层。该涂层被称为第二微粒涂层。上面关于微粒涂层的解释相应地适用于第二微粒涂层。
两个聚四氟乙烯覆盖层可以例如各自粘附到平面基底层的两个表面之一。举例来说，两个聚四氟乙烯覆盖层粘附到石墨箔层的两个表面上。在该实施方式中，层复合材料包括一个石墨箔层和两个二维连续的聚四氟乙烯覆盖层，它们粘附到石墨箔层的两个表面上。
在特别优选的根据本发明的层复合材料中，一个聚四氟乙烯覆盖层粘附到一个平面基底层(例如石墨箔层)的表面上，并且第二聚四氟乙烯覆盖层粘附到第二平面基底层(例如第二石墨箔层)的表面上。所述两个平面基底层可以例如以平面基底层的背离聚四氟乙烯覆盖层的表面粘附在薄的(例如25至250μm厚)平面金属层、特别是不锈钢板层(例如普通金属板层或粗糙的金属板层)的两个表面上。
相应地，根据本发明的层复合材料具有以下层结构：
-聚四氟乙烯覆盖层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-聚四氟乙烯覆盖层。
或者，一个基底层以基底层的背离聚四氟乙烯覆盖层的表面粘附在薄的(例如25至250μm厚)金属层，特别是不锈钢板层(例如普通金属板层)上，并且第二基底层以第二基底层的背离第二聚四氟乙烯覆盖层的表面粘附在另一个薄的(例如25至250μm厚)金属层，特别是不锈钢板层(例如普通金属板层)上。在这种情况下，两个金属层以两个金属层的背离聚四氟乙烯覆盖层的表面粘附在第三平面基底层的相对表面上。
相应地，根据本发明的层复合材料具有以下层结构：
-聚四氟乙烯覆盖层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-聚四氟乙烯覆盖层。
根据本发明的层复合材料可以含有另外的平面层。
根据本发明的另一层复合材料具有以下层结构：
-聚四氟乙烯覆盖层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-平面金属层
-平面基底层，例如石墨箔层
-聚四氟乙烯覆盖层。
本申请人提供了商标为
Figure BDA0002813918090000121
的多种包括石墨箔层的层复合材料，例如以及具有多个不锈钢箔和石墨箔层的多层复合材料。不言而喻，根据本发明的层复合材料包括所有已经以商标
Figure BDA0002813918090000131
获得的层复合材料，根据本发明的聚四氟乙烯覆盖层被涂覆在这些层复合材料的石墨箔表面或金属表面中的至少一者上。
本发明涉及包括根据本发明的层复合材料的密封件，特别是垫圈。然而，所述密封件也可以是包括根据本发明的层复合材料的波纹状环密封件、凸轮轮廓密封件或螺旋缠绕密封件。
特别是如果根据本发明的层复合材料具有一定的抗弯强度，则对于垫圈是特别有利的。已经发现，因而可以将所述复合材料普遍地加工成大和小的垫圈，它们也可以毫无困难地放置在法兰之间，甚至叠置，而密封材料不会明显挠曲或完全弯曲。
特别优选的根据本发明的层复合材料的抗弯强度(FS 3P)为至少4.0MPa，特别是至少5.0MPa，例如至少5.5MPa。抗弯强度是根据ISO178确定，如下所述。尤其优选的根据本发明的层复合材料具有至少6.0MPa、例如大于6.5MPa的抗弯强度。在这种情况下，层复合材料理想地适合用于垫圈，并且可以特别有效地放置在法兰之间，甚至叠置。另一方面，它们因而不适用于制造压盖密封件，因为它们不再能够被加工成为此目的所需要的密封纱，或者至少不再通过将层复合材料加工成条带、将条带加捻并且然后将加捻的条带编织成密封纱。
可以例如通过冲压或水射流切割从根据本发明的复合材料切出根据本发明的垫圈。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的层复合材料的方法，其中
a)使平面基底层(例如石墨箔层)的表面与微孔聚四氟乙烯层接触，以及
b)通过强力地和/或升高温度将所述聚四氟乙烯层压制在所述基底层的表面上，使得所述聚四氟乙烯层粘附到所述基底层，并获得粘附到所述基底层的聚四氟乙烯覆盖层。
微孔聚四氟乙烯层是常规的多孔且透气的聚四氟乙烯膜，其通过拉伸聚四氟乙烯而获得并用于服装材料中以针对性地将水蒸气芯吸离开身体。例如在美国专利第3,962,153号中描述了这种多孔膜的制造。微孔聚四氟乙烯层的平均孔径可以在宽范围内变化，优选在0.1μm至500μm的范围内。微孔聚四氟乙烯层的平均孔径可以在例如0.1μm至10μm的范围内。
已经发现，如此获得的聚四氟乙烯覆盖层仍然具有显著的残留孔隙率。该残留孔隙率低于微孔聚四氟乙烯层的孔隙率。令人惊讶地，由根据本发明的层复合材料制成的垫圈仍然显示出非常好的密封性能。本发明人已经假设基底层的凸出区域突出到聚四氟乙烯覆盖层中的剩余孔中，并且最终这决定性地导致了出乎意料的高密封性能。
步骤b)中的压力可以在宽范围内变化。例如，聚四氟乙烯层在0.2至10N/mm2的范围内的压力下，优选在0.4至5N/mm2的范围内的压力下被压制。这提供了由此可以调节压力的优点，使得例如将基底层(例如石墨箔层)压缩到所需程度，即达到所需密度。
步骤b)中的温度也可以在宽范围内变化。例如，温度升高到320至440℃的范围。如果只有很少的时间可用于处理与微孔聚四氟乙烯层接触的基底层，则本领域技术人员将选择高达440℃的较高温度。例如，在连续方法步骤b)中，如果只有非常短的加热区可用，并且如果需要非常快速地引导与微孔聚四氟乙烯层接触的基底层通过加热区，则就是这种情况。如果有很多时间可用于处理与微孔聚四氟乙烯层接触的基底层，则本领域技术人员将选择320℃或略高于320℃的较低温度。例如，在连续方法步骤b)中，如果有非常长的加热区可用和/或如果需要非常缓慢地引导与微孔聚四氟乙烯层接触的基底层通过加热区，则就是这种情况。
在另一个方法步骤c)中，可以在背离基底层的聚四氟乙烯覆盖层表面上施加微粒涂层，所述微粒涂层借助于聚四氟乙烯覆盖层与基底层连接。优选地，微粒与聚四氟乙烯覆盖层之间的连接是通过在330至400℃下烧结而产生的。优选地，在350至410℃、例如365至395℃的范围内的温度下进行烧结。在微粒存在下的烧结期间，聚四氟乙烯覆盖层中残留的任何孔隙都被部分或完全封闭。
本发明还涉及微孔聚四氟乙烯用于降低平面基底层的气体渗透性的用途。
本发明还涉及微孔聚四氟乙烯层用于形成粘附到石墨箔层或金属箔层的表面的聚四氟乙烯覆盖层的用途。
本发明还涉及微孔聚四氟乙烯层作为微粒涂层(例如微粒固体润滑剂涂层)的载体的用途。上面详细讨论了微粒固体润滑剂涂层。
关于本发明，聚四氟乙烯覆盖层的上述优选特征适用于微孔聚四氟乙烯层的单位面积重量。这是因为在步骤a)和b)中，PTFE表面积几乎没有变化，因此微孔层的初始单位面积重量对应于覆盖层的单位面积重量。因此，聚四氟乙烯层以每平方米聚四氟乙烯层计含有少于200g PTFE。通常，聚四氟乙烯层含有1至190g/m2 PTFE，特别是2.5至175g/m2 PTFE，优选4至160g/m2 PTFE，更优选5至150g/m2 PTFE，特别优选7至130g/m2 PTFE，尤其优选9至110g/m2 PTFE，非常优选10至100g/m2 PTFE，例如12至80g/m2 PTFE。
可以使用具有完全不同厚度的微孔聚四氟乙烯层。例如，在给定的单位面积重量下，孔很多的聚四氟乙烯层比孔较少的聚四氟乙烯层要厚。通常，微孔聚四氟乙烯层的厚度在25至400μm的范围内。
平面基底层的表面的粗糙度优选为Rz 1.5μm至Rz 30μm，例如Rz 3μm至Rz 15μm。假定基底层表面的凸出区域与微孔聚四氟乙烯层的孔啮合，并且在步骤b)中施加压力和/或温度升高会增强啮合，这增加了聚四氟乙烯在表面上的粘附力。本领域技术人员可以例如通过用纹理辊处理石墨箔来调节基底层(例如石墨箔层)的粗糙度。
平面基底层优选是可压缩的。平面基底层的压缩率优选为5％至80％，例如20％至60％。如果在步骤b)中施加压力时基底层屈服，则啮合似乎会增强，因此，特别是对于可压缩的平面基底层，步骤b)中的压力施加会导致聚四氟乙烯覆盖层在平面基底层上的牢固粘附。
根据下面的示例实施方式，本发明的其他优点和优选特征将变得显而易见。
具体实施方式
在室温下借助于压延机用ePTFE膜(厚度约100μm)涂覆石墨箔。所使用的ePTFE膜是可通过拉伸聚四氟乙烯获得的常规的多孔透气的白色聚四氟乙烯膜。接下来，在380℃下进行温度处理，在此期间，在石墨箔上形成无色的玻璃状的聚四氟乙烯覆盖层(厚度：约20μm)，并牢固地粘附到石墨箔上。
在一个实验中，在温度处理之前，向从压延机获得的层复合材料涂覆石墨粉(粒度2-10μm)。在该过程中，石墨颗粒部分地穿透了ePTFE膜中的开孔。在随后的温度处理中，将石墨颗粒熔合到周围的聚四氟乙烯中，并因此特别牢固地固定。由此产生抗粘涂层。
抗弯强度：
使用三点弯曲测试来确定抗弯强度(FS 3p)，其中根据ISO 178将测试样品安置在两个支架上并使用测试心轴在中心加载。
用于测试抗弯强度的层和层复合材料：
L1：石墨箔，1.3mm厚，密度为0.7g/cm3
L2：石墨箔L1，在一侧涂有ePTFE覆盖层
L3：ePTFE覆盖层–石墨箔L1–80μm厚的粗糙金属板–石墨箔L1–ePTFE覆盖层。层复合材料中的两个外部ePTFE覆盖层另外用微粒石墨粉末进行表面涂覆
L4：石墨箔L1–100μm厚的粗糙金属板–石墨箔L1
测试每种层或层复合材料的四个或五个材料样品的抗弯强度。结果如下表所示：
Figure BDA0002813918090000171

Claims (14)

1.一种用于密封件的层复合材料，所述层复合材料包括：
平面基底层，
二维连续的聚四氟乙烯覆盖层，其粘附到所述基底层的表面，其中所述聚四氟乙烯覆盖层含有少于200g/m2的聚四氟乙烯，
特征在于
借助于所述聚四氟乙烯覆盖层连接到所述基底层的微粒涂层，所述微粒涂层至少部分地覆盖背离所述基底层的聚四氟乙烯覆盖层表面。
2.根据权利要求1所述的层复合材料，其特征在于，所述聚四氟乙烯覆盖层的平均厚度在10μm至50μm的范围内。
3.根据权利要求1所述的层复合材料，其特征在于，所述微粒涂层包含平均粒度在1μm至50μm范围内的颗粒。
4.根据权利要求1所述的层复合材料，其特征在于，所述微粒涂层是微粒固体润滑剂涂层。
5.根据权利要求1所述的层复合材料，其特征在于，所述层复合材料不含当加热至100℃至400℃范围内的温度并且随后冷却至室温时形成粘合剂残留物的物质，或者仅在不透流体的层之间包含它们。
6.根据权利要求1所述的层复合材料，其特征在于，所述平面基底层是石墨箔层。
7.一种密封件，其特征在于它包含根据权利要求1所述的层复合材料。
8.一种制造根据权利要求1所述的层复合材料的方法，其特征在于
a)使平面基底层的表面与微孔聚四氟乙烯层接触，以及
b)通过强力地和/或升高温度将所述聚四氟乙烯层压制在所述基底层的表面上，使得所述聚四氟乙烯层粘附到所述基底层，并获得粘附到所述基底层的聚四氟乙烯覆盖层，以及
c)在背离所述基底层的所述聚四氟乙烯覆盖层表面上施加微粒涂层，所述微粒涂层借助于所述聚四氟乙烯覆盖层连接到所述基底层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，以在0.2N/mm2至10N/mm2的范围内的压力下压制所述聚四氟乙烯层和/或将温度升高到320至440℃的范围。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，微粒与所述聚四氟乙烯覆盖层之间的连接是通过在330℃至400℃下烧结而产生的。
11.含有少于200g/m2聚四氟乙烯的微孔聚四氟乙烯层和微粒涂层用于降低平面基底层的透气性的用途，其中所述微孔聚四氟乙烯层是二维连续的聚四氟乙烯覆盖层，其粘附到所述基底层的表面，并且其中所述微粒涂层借助于所述聚四氟乙烯覆盖层连接到基底层，所述微粒涂层至少部分地覆盖背离平面基底层的聚四氟乙烯层表面。
12.含有少于200g/m2聚四氟乙烯的微孔聚四氟乙烯层和微粒涂层用于形成粘附到石墨箔层或金属箔层的表面的聚四氟乙烯覆盖层的用途，其中所述微粒涂层借助于所述聚四氟乙烯覆盖层连接到所述石墨箔层或金属箔层，所述微粒涂层至少部分地覆盖背离所述石墨箔层或金属箔层的聚四氟乙烯覆盖层表面。
13.含有少于200g/m2聚四氟乙烯的微孔聚四氟乙烯层作为微粒涂层的载体的用途。
14.根据权利要求13所述的微孔聚四氟乙烯层的用途，其中所述微粒涂层是微粒固体润滑剂涂层。
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