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1、(10)申请公布号 CN 103568395 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103568395 A (21)申请号 201210272959.1 (22)申请日 2012.08.02 B32B 15/08(2006.01) B32B 3/30(2006.01) B32B 7/12(2006.01) B32B 37/12(2006.01) C08L 81/06(2006.01) C08L 27/18(2006.01) C08K 3/04(2006.01) C08K 3/30(2006.01) (71)申请人 镇江江科机电工程有限公司 地址 212000 江苏省镇江市镇江新区。
2、镇江高 新技术产业开发园区经十二路 668 号 (72)发明人 骆志高 李进 赵兵 徐健伟 骆志尚 (54) 发明名称 一种耐磨自润滑的 PES/ 金属复合材料及其 制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种耐磨自润滑的 PES/ 金属 复合材料及其制备方法。 该复合材料由金属基体、 PES 喷涂层和 PES 塑料层组成， PES 喷涂层利用 PES 的粘性和 PES 与金属良好的附着力即分子间 作用力， 通过分子的化学键将金属基体与 PES 塑 料层结合在一起 ； PES 塑料层镶嵌在由喷丸工艺 形成的金属基体的凹坑中 ； PES 塑料层材料成分 按质量百分含量为 ； PES（聚醚砜） 65。
3、 75%， PTFE （聚四氟乙烯） 15 25%， LCP( 液晶聚合物 )4 8%, 石墨 5 7%， 二硫化钼 1%。本发明复合材料 具有良好的摩擦磨损性能和抗冲击性， 对环境无 毒无污染， 节能且噪音低。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103568395 A CN 103568395 A 1/1 页 2 1. 一种耐磨自润滑的 PES/ 金属复合材料， 由金属基体 （3） 、 PES 喷涂层 （2） 和 PES 塑料 层。
4、 (1) 组成， 其特征是 ： PES 喷涂层 （2） 利用 PES 的粘性和 PES 与金属良好的附着力即分子 间作用力， 通过分子的化学键将金属基体 （3） 与 PES 塑料层 （1） 结合在一起 ； PES 塑料层 （1） 镶嵌在由喷丸工艺形成的金属基体 （3） 的凹坑中 ； PES 塑料层 （1） 材料成分按质量百分含量 为 ； PES（聚醚砜） 65 75%， PTFE（聚四氟乙烯） 15 25%， LCP( 液晶聚合物 ) 4 8%, 石 墨 5 7%， 二硫化钼 1%。 2. 根据权利要求 1 所述的 PES/ 金属复合材料， 其特征是 ： 所述的 PES（聚醚砜） 的粒度 为 。
5、30m， 密度为 2.15g/cm3 ； PTFE（聚四氟乙烯） 的粒度为 10m， 密度为 2.18g/cm3 ； LCP （液晶聚合物） 的粒度为 40m， 密度为 1.53g/cm3 ； 石墨的粒度为 20 40m ； 二硫化钼的 粒度为 40 60m。 3. 根据权利要求 1 所述的 PES/ 金属复合材料， 其特征是 ： 金属基体 （3） 的材料为 25 钢、 铸铁或铝。 4.一种实现权力要求1-3任一所述的PES/金属复合材料的制备方法， 其特征是采用如 下步骤 ： a) 在金属基体 （3） 上进行特定的喷丸加工 ： 选用机械离心式喷丸机， 铸钢丸硬度为 40 50HRC， 直径为。
6、 0.5 1mm， 喷丸速度为 50 75m/s， 时间为 30 45 秒 ； b） 去除金属基体 （3） 表面的油污， 灰尘和氧化物， 并进行表面磷化处理 ； c） 按质量百分含量的配比， 将 PES 塑料层 （1） 混合均匀并干燥 ； d） 在金属基体 （3） 表面粉末喷涂厚度在 80 100m 的 PES 喷涂层 （2） e) 将步骤 d） 中的喷涂金属件放入热压模具的型腔内作为嵌件， 再将步骤 c） 中的 PES 塑料层 （1） 混料均匀平铺在 PES 喷涂层 （2） 上， 平铺的厚度为 3 6mm， 加压至 4 6MPa， 以 15 20 /min 的速度升温， 待温度升至 330 。
7、340后保持恒温 25 35 分钟， 然后加压 至 10 12MPa， 并升温至 370 380后保持恒温 50 70 分钟， 最后在保压条件下冷却使 模具温度将到 130左右脱模。 权 利 要 求 书 CN 103568395 A 2 1/4 页 3 一种耐磨自润滑的 PES/ 金属复合材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明提供了一种耐磨自润滑的 PES/ 金属复合材料及其制备方法。 背景技术 0002 当前， 随着航空航天工业、 汽车工业、 机械工业、 食品和制药机械以 及各种传动件的发展， 对各类轴套、 滑板、 滑道及摩擦部件的要求越来越高。在 机械运行中， 经常采用降低摩擦系数和。
8、延长设备使用寿命的方法有以下几种 ： 1、 在金属瓦与轴的接触面上涂一层润滑油做润滑剂的方法达到降低摩擦系数和延长 设备的使用寿命的目的。 但设备在高温高压的条件下， 在有腐蚀性气体和液体的条件下， 在 医药、 食品、 纺织、 印刷等忌用润滑油的设备上， 金属瓦的使用受到限制， 存在磨损快和使用 时间短等不足之处。 0003 2、 采用金属材料作为底材并在金属底材上直接固体润滑剂膏体， 这种材料虽然具 有结构紧凑、 结合牢固、 耐温性高、 抗极压性和延长摩擦副寿命的优点， 但缺陷是制造复杂、 摩擦系数不稳定、 抗腐蚀性差且裸露的金属层容易划伤对磨面 3、 采用把 PTFE（聚四氟乙烯） 覆盖在。
9、烧结了青铜丝网的钢板上或覆盖在烧结了青铜粉 钢板上的 SF-1 材料， 虽然其具有高械强度、 耐热性和自润滑性等优点， 但金属与塑料的结 合性差且不耐冲击， 塑料的蠕变特性会导致金属与塑料间的结合容易剥离， 影响了其实际 的使用寿命。SF-1 材料主要靠铜间的空隙镶嵌和存储塑料润滑材料， 首先需烧结多孔青铜 中间层， 且在烧结青铜多孔层时为防止青铜层的氧化， 须进行气体保护 ； 其次多采用浸渍法 等方法将塑料层成分加入到空隙中， 因此制备工艺繁琐、 大大延长了材料制造周期。 发明内容 0004 在本发明的第一个目的是克服上述现有技术的问题， 提供一种以 PES（聚醚砜） 为 主的混合塑料与金属。
10、牢固结合、 耐冲击性好、 机械强度高、 摩擦系数低且耐磨性能好的 PES/ 金属复合材料。 0005 本发明的第二个目的是提供该耐磨自润滑的 PES/ 金属复合材料的制备方法。 0006 本发明 PES/ 金属复合材料采用的技术方案是 ： 由金属基体、 PES 喷涂层和 PES 塑 料层组成， PES 喷涂层利用 PES 的粘性和 PES 与金属良好的附着力即分子间作用力， 通过分 子的化学键将金属基体与 PES 塑料层结合在一起 ； PES 塑料层镶嵌在由喷丸工艺形成的金 属基体的凹坑中 ； PES 塑料层材料成分按质量百分含量为 ； PES （聚醚砜） 65 75%， PTFE （聚 四氟。
11、乙烯） 15 25%， LCP( 液晶聚合物 ) 4 8%, 石墨 5 7%， 二硫化钼 1%。 0007 本发明 PES/ 金属复合材料的制备方法采用的技术方案是采用如下步骤 ： a) 在金属基体上进行特定的喷丸加工 ： 选用机械离心式喷丸机， 铸钢丸硬度为 40 50HRC， 直径为 0.5 1mm， 喷丸速度为 50 75m/s， 时间为 30 45 秒 ； b） 去除金属基体表面的油污， 灰尘和氧化物， 并进行表面磷化处理 ； c） 按质量百分含量的配比， 将 PES 塑料层混合均匀并干燥 ； 说 明 书 CN 103568395 A 3 2/4 页 4 d） 在金属基体表面粉末喷涂厚。
12、度在 80 100m 的 PES 喷涂层 ； e) 将步骤 d） 中的喷涂金属件放入热压模具的型腔内作为嵌件， 再将步骤 c） 中的 PES 塑料层混料均匀平铺在 PES 喷涂层上， 平铺的厚度为 3 6mm， 加压至 4 6MPa， 以 15 20/min的速度升温， 待温度升至330340后保持恒温2535分钟， 然后加压至10 12MPa， 并升温至370380后保持恒温5070分钟， 最后在保压条件下冷却使模具温度 将到 130左右脱模。 0008 本发明在金属基体和 PES 塑料层间添加一层 PES 喷涂层， 进一步提高了金属与 塑料的结合性能， 具有良好的耐热性和抗冲击性， 对环境。
13、无毒无污染， 节能且噪音低， 并 在 -50 200较宽的温度范围内呈现低摩擦、 耐磨损、 抗冲击且不损伤对偶面。在 MM-200 型环块摩擦磨损试验机测定时， 转速为 300rmp， 压力为 250N， 大气室温下干摩擦， 其承 载压力为 150MPa， 使用温度为 -50 200， 摩擦系数为 0.07 0.16， 磨损率为 0.7 2.510-6mm3/N.m。本发明复合材料适用范围广， 与原金属瓦轴相比可延长摩擦副使用寿 命 3 倍或 3 倍以上， 其原因是 ： 1、 本发明 PES/ 金属复合材料成分中采用的 PES（聚醚砜） 结构规整， 具有高耐热性、 高 强度、 高模量、 耐冲击。
14、、 抗蠕变和加工性好等优异的综合性能， 还具有绝缘性、 耐水解和无毒 等特点。PES 的尺寸稳定性好， 线膨胀系数小， 接近于铝材。其模量在 -100到 200几乎 不变， 在低温下仍能保持常温下的冲击性能。长期使用温度达到 200， 在 400下短时间 几乎不分解。PES 与铁、 铅等金属的附着力好， 可加工成超细粉， 用于粉末喷涂和液体涂料。 但 PES 的摩擦系数为 1.30， 远大于 PTFE（聚四氟乙烯） 的摩擦系数， 故在选择 PES 作为用于 减摩耐磨金属塑料复合材料中塑料的基体的前提下还需对 PES 进行配方设计， 以求获得高 强度、 高模量、 耐冲击、 抗蠕变和高尺寸稳定性等。
15、力学性能和低摩擦， 耐磨损等摩擦学性能。 0009 2、 本发明金属基体采用特定喷丸工艺加工， 不仅使 PES 喷涂层与金属基体表面间 的实际面积增加， 有利于提高 PES 喷涂层结合力而且在金属基体表面的形成的凹坑用于塑 料与金属的镶嵌， 增强了复合材料的结合性能。 0010 3、 本发明 PES/ 金属复合材料成分采用中的 PTFE（聚四氟乙烯） 具有良好的耐高 低温性能、 化学稳定性、 自润滑性和耐磨性好， 有极低的摩擦系数， 静摩擦系数可达 0.04， 是 已知的可实用的滑动材料中摩擦系数最小的。 0011 4、 本发明 PES/ 金属复合材料成分采用中的 LCP（液晶聚合物） 具有高。
16、强度、 高模 量、 高耐热性和良好的耐摩擦磨损性能， 由于高温下熔融后的 LCP 在聚四氟乙烯基体内沿 聚四氟乙烯的空隙向四周迁移流动形成微纤。这些微纤相互连接 , 在聚四氟乙烯基体内形 成致密而均匀的立体网络。这些网络把聚四氟乙烯基体紧紧地包络起来 , 起到加固作用 , 故能很好地限制和阻止了聚四氟乙烯的带状磨损 , 提高了聚四氟乙烯的磨损性能。 0012 5、 本发明PES/金属复合材料成分采用中的石墨和二硫化钼添加到PES塑料层中， 使得复合材料进一步提升其摩擦学性能， 具有更好的机械性能， 耐压缩抗蠕变， 热传导性 好。 0013 四、 附图说明 下面结合附图， 对本发明作进一步说明。。
17、 0014 图 1 是本发明的 PES/ 金属复合材料的组成结构示意图。 0015 图中所标部位分别为 ： 1、 PES 塑料层 ； 2、 PES 喷涂层 ； 3、 金属基体。 说 明 书 CN 103568395 A 4 3/4 页 5 0016 五、 具体实施方式 下面结合附图， 对本发明的实施方式作进一步说明。 0017 如图 1 所示， PES/ 金属复合材料自上而下由 PES 塑料层 1、 PES 喷涂层 2 和喷丸加 工的具有凹坑形貌的金属基体 3 组成。其中 PES 塑料层 1 材料的各成分质量百分含量为 ： PES（聚醚砜） 65 75%， PTFE（聚四氟乙烯） 15 25%。
18、， LCP( 液晶聚合物 ) 4 8%, 石墨 5 7%， 二硫化钼 1%。底材金属基体 3 的材料为 25 钢、 铸铁或铝等金属， 金属基体 3 的 厚度为 3 10mm。PES 喷涂层 2 利用 PES 的粘性和 PES 与金属良好的附着力即分子间作用 力， 通过分子的化学键将金属基体 3 与 PES 塑料层 1 结合在一起 ； PES 塑料层 1 镶嵌在金属 基体 3 的凹坑中。 0018 本发明所用的 PES（聚醚砜） 的粒度为 30m， 密度为 2.15g/cm3 ； PTFE（聚四氟乙 烯） 的粒度为 10m， 密度为 2.18g/cm3 ； LCP（液晶聚合物） 的粒度为 40m。
19、， 密度为 1.53g/ cm3 ； 石墨的粒度为 20 40m ； 二硫化钼的粒度为 40 60m。 0019 PES/ 金属复合材料的具体制备方法如下 ： 首先在金属基体 3 上进行特定喷丸工艺 加工 ： 选用机械离心式喷丸机 ； 铸钢丸硬度为 40 50HRC， 直径为 0.5 1mm ； 喷丸速度为 50 75m/s， 时间为 30 45 秒。再将金属基体 3 表面去除油污， 灰尘和氧化物， 并进行表 面磷化处理， 提升金属基体 3 与 PES 喷涂层 2 的结合性能。将 PES 塑料层 1 的材料各成分 按如下质量百分含量混合并干燥 ： PES（聚醚砜） 65 75%， PTFE（聚。
20、四氟乙烯） 15 25%， LCP( 液晶聚合物 ) 4 8%, 石墨 5 7%， 二硫化钼 1%。通过静电粉末喷涂机向之前加工过 后金属基体 3 表面喷涂厚度在 80 100m 的 PES 喷涂层 2。将得到的喷涂金属件放入热 压模具的型腔内作为嵌件， 然后将制得的 PES 塑料层 1 混料平铺在 PES 喷涂层 2 上， 平铺厚 度为36mm， 加压至46MPa， 以1520/min的速度升温， 待温度升至330340后 保持恒温 25 35 分钟， 然后加压至 10 12MPa， 并升温至 370 380后保持恒温 50 70 分钟， 最后在保压条件下冷却使模具温度降到 130左右脱模即。
21、可。 0020 以下通过 3 个实施例再具体说明本发明 ： 实施例 1 按如下步骤制备 ： （1） 按照设定的喷丸工艺 ： 铸钢丸硬度为40HRC， 直径为0.5mm ； 喷丸速度为50m/s， 时间 为 35 秒。通过机械离心式喷丸机在金属基体 3 上进行喷丸加工 ； （2） 将金属基体 3 表面去除油污， 灰尘和氧化物， 并进行表面磷化处理， 提升金属基体 3 与 PES 喷涂层 2 的结合性能。 0021 （3） 将 PES 塑料层 1 的材料各成分按如下质量百分含量混合并干燥 ： PES（聚醚砜） 72%， PTFE（聚四氟乙烯） 18%， LCP( 液晶聚合物 ) 4%, 石墨 5%。
22、， 二硫化钼 1%。 0022 （4） 通过静电粉末喷涂机， 向经过上述 （1） 、（2） 加工过后的金属基体 3 表面喷涂厚 度在 80m 的 PES 喷涂层 2。 0023 （5） 将上诉 （4） 的 PES 喷涂金属件喷涂件放入热压模具的型腔内作为嵌件， 然后 将上诉 （3） 中的 PES 塑料层 1 混料平铺在 PES 喷涂层 2 上， 平铺厚度为 4mm， 加压至 4MPa， 以15/min的速度升温， 待温度升至330后保持恒温25分钟， 然后加压至10MPa， 并升温 至 380后保持恒温 50 分钟， 最后在保压条件下冷却， 采用自然冷却方法使模具温度降到 130左右脱模即可。。
23、 说 明 书 CN 103568395 A 5 4/4 页 6 0024 经上述工艺制备的复合材料使用温度为使用温度为 -50 220， 摩擦系数为 0.07 0.11， 磨损率为 0.8 1.310-6mm3/N.m。 0025 实施例 2 按如下步骤制备 ： （1） 按照设定的喷丸工艺 ： 铸钢丸硬度为45HRC， 直径为0.8mm ； 喷丸速度为60m/s， 时间 为 30 秒。通过机械离心式喷丸机在金属基体 3 上进行喷丸加工 ； （2） 将金属基体 3 表面去除油污， 灰尘和氧化物， 并进行表面磷化处理， 提升金属基体 3 与 PES 喷涂层 2 的结合性能。 0026 （3） 将 。
24、PES 塑料层 1 的材料各成分按如下质量百分含量混合并干燥 ： PES（聚醚砜） 69%， PTFE（聚四氟乙烯） 15%， LCP( 液晶聚合物 ) 8%, 石墨 7%， 二硫化钼 1%。 0027 （4） 通过静电粉末喷涂机， 向经过上述 （1） 、（2） 加工过后的金属基体 3 表面喷涂厚 度在 90m 的 PES 喷涂层 2。 0028 （5） 将上诉 （4） 的 PES 喷涂金属件喷涂件放入热压模具的型腔内作为嵌件， 然后 将上诉 （3） 中的 PES 塑料层 1 混料平铺在 PES 喷涂层 2 上， 平铺厚度为 5mm， 加压至 5MPa， 以18/min的速度升温， 待温度升至。
25、340后保持恒温30分钟， 然后加压至12MPa， 并升温 至 380后保持恒温 60 分钟， 最后在保压条件下冷却， 采用自然冷却方法使模具温度降到 130左右脱模即可。 0029 经上述工艺制备的复合材料使用温度为使用温度为 -50 220， 摩擦系数为 0.09 0.13， 磨损率为 1.0 1.810-6mm3/N.m。 0030 实施例 3 按如下步骤制备 ： （1） 按照设定的喷丸工艺 ： 铸钢丸硬度为50HRC， 直径为1mm ； 喷丸速度为75m/s， 时间为 45 秒。通过机械离心式喷丸机在金属基体 3 上进行喷丸加工 ； （2） 将金属基体 3 表面去除油污， 灰尘和氧化物。
26、， 并进行表面磷化处理， 提升金属基体 3 与 PES 喷涂层 2 的结合性能。 0031 （3） 将 PES 塑料层 1 的材料各成分按如下质量百分含量混合并干燥 ： PES（聚醚砜） 65%， PTFE（聚四氟乙烯） 23%， LCP( 液晶聚合物 ) 6%, 石墨 5%， 二硫化钼 1%。 0032 （4） 通过静电粉末喷涂机， 向经过上述 （1） 、（2） 加工过后的金属基体 3 表面喷涂厚 度在 100m 的 PES 喷涂层 2。 0033 （5） 将上诉 （4） 的 PES 喷涂金属件喷涂件放入热压模具的型腔内作为嵌件， 然后 将上诉 （3） 中的 PES 塑料层 1 混料平铺在 PES 喷涂层 2 上， 平铺厚度为 6mm， 加压至 6MPa， 以20/min的速度升温， 待温度升至340后保持恒温35分钟， 然后加压至12MPa， 并升温 至 380后保持恒温 65 分钟， 最后在保压条件下冷却， 采用自然冷却方法使模具温度降到 130左右脱模即可。 0034 经上述工艺制备的复合材料使用温度为使用温度为 -50 220， 摩擦系数为 0.12 0.16， 磨损率为 1.8 2.410-6mm3/N.m。 说 明 书 CN 103568395 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103568395 A 7 。