專利名稱：耐熱層合材料和制造這種層合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層合材料，尤其是用于膨脹接合中保護(hù)免受熱的、侵蝕性介質(zhì)侵害的層合材料，以及制造這種層合材料的方法。
背景技術(shù)：
在用于保護(hù)免受侵蝕性介質(zhì)侵害的覆蓋物領(lǐng)域中，例如煙氣廠的通道構(gòu)造中的膨脹接頭，流道暴露于加熱至溫度高于260℃的氣體中。為此，已知使用幾層層合的箔或織物來設(shè)計氣體和流體密閉連接的接頭，以便將介質(zhì)例如高溫?zé)煔夂推渌治g性介質(zhì)保留在通道中。
這些已知覆蓋物類型的缺點(diǎn)在于，從溫度的角度來看可利用的并且相對流體密閉的和柔韌性的最適合材料是氟聚合物箔，其溫度上限是270℃，因此有必要將該箔與溫度高于該溫度的部分結(jié)構(gòu)隔離。
典型地，這種通道結(jié)構(gòu)的區(qū)段中溫度可達(dá)到270℃-700℃或更高，因此必要的是，在流體密閉層下面的多層狀夾層結(jié)構(gòu)中提供一種或多種玻璃織物、改良的玻璃織物等，直到獲得低于270℃的最高溫度限值。然而，這些織物層是可滲透的，并且不能防止所不希望的介質(zhì)從流道中逃逸而泄漏并進(jìn)入周邊環(huán)境。
將層合材料用于氣體密閉層是已知的，其是具有硅氧烷粘合劑中間層的薄鋼箔，以便玻璃織物與鋼箔固定。雖然這種層合材料是不能滲透的，但是該層合材料可以忍受的最高暴露溫度是250℃。通過暴露于較高的溫度下，層合材料將非常迅速地劣化而引起層合材料的破壞。

發(fā)明內(nèi)容
在這種背景下，本發(fā)明的目的是提供不可滲透的而且可以耐受較高溫度的層合材料。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過包含金屬箔、織物和金屬箔與織物之間的粘接手段的更耐熱的層合材料來實(shí)現(xiàn)，其中粘接手段是起到將織物和金屬箔粘接在一起的粘合膜作用的氟聚合物箔。
因此，提供了不滲透性層合材料，其是柔韌的和可以耐受較高溫度而不分層的。
根據(jù)本發(fā)明的層合材料可以直接緊靠熱元件安裝，當(dāng)織物是玻璃織物時溫度至高達(dá)到550℃，如果織物是陶瓷的則高達(dá)1100℃并且仍然保持為單層。
所述粘接手段在溫度至高達(dá)到290℃時是穩(wěn)定的，并且在層合材料暴露在310℃的溫度下較長時間過程中還提供穩(wěn)定和耐用的粘接。為了得到這種穩(wěn)定性，表面處理可以是必要的，例如以酸洗的形式。
通過本發(fā)明認(rèn)識到，所述層合材料適用于溫度超過300℃的不同應(yīng)用，其中所述粘接手段只起到將金屬箔定位和保持在適當(dāng)位置的作用，直到安裝該層合材料并開始工作。到那時候，所述金屬箔將起到不滲透性屏障的作用，不管玻璃織物是否與金屬箔分離。
所述金屬箔優(yōu)選地是不銹鋼箔。然而，應(yīng)該認(rèn)識到可以使用其它類型的薄金屬箔，例如鋁、黃銅、銅或金屬合金。金屬箔的厚度為0.01-1mm，優(yōu)選厚度為0.0254mm(0.01英寸)。
優(yōu)選所述織物的克重(grammar weight)為50-3000g/m2。所述織物可以是玻璃織物，優(yōu)選克重為約700g/m2。作為替代方案，所述織物可以是硅酸鹽織物或陶瓷織物，優(yōu)選克重為600-700g/m2。
優(yōu)選氟聚合物箔的厚度為0.01-1mm。氟聚合物箔的材料可以是PFA(全氟烷氧基)。氟聚合物箔的其它適合材料是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)或純的PTFE(聚四氟乙烯)。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，金屬箔提供有浮凸結(jié)構(gòu)，由此所述箔在該箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花紋。因此，顯著提高了層合材料的耐用性。還可以使用經(jīng)預(yù)壓紋(pre-embossed)的箔，其還將增加產(chǎn)品的耐用性。
當(dāng)在膨脹接合中使用層合材料時，所述層合材料通常是撓曲的，而且僅僅幾次彎曲后就在該箔中出現(xiàn)凹口或凹痕。當(dāng)在這些凹痕處繼續(xù)彎曲所述箔時，所述箔在這些凹痕處受到應(yīng)力作用，并且由于應(yīng)力導(dǎo)致的金屬疲勞，將使所述箔最終破裂。然而，通過給箔提供浮凸的箔結(jié)構(gòu)，所述箔提供有大量小的柔和凹陷(soft dimple)，避免了應(yīng)力集中并且使用期間的彎曲將發(fā)生在箔的不同位置而不是每次都在相同點(diǎn)處。這減少了金屬箔的磨損并因此提高了層合材料的耐用性。
在另一方面，本發(fā)明涉及制造層合材料的方法，所述方法包括下列步驟提供金屬箔的第一層；提供熱塑性氟聚合物的第二層；提供織物的第三層；組合第一、第二和第三層，壓擠該多層組合件，同時在加熱區(qū)加熱該組合件至溫度高于中間第二層的熔點(diǎn)，持續(xù)預(yù)定時間，以將第一和第三網(wǎng)狀物層合在一起；和冷卻層合材料，同時在冷卻區(qū)壓擠該層合材料。


在下面，參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的層合材料在層合前的橫截而示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的層合材料在層合后的橫截面示意圖；圖3是層合材料制造方法的第一實(shí)施方案的示意圖；和圖4是層合材料制造方法的第二實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式
在圖1和2中，顯示了層合前后的根據(jù)本發(fā)明的層合材料。在加工期間壓紋或預(yù)壓紋的薄金屬箔，優(yōu)選鋼箔1提供有薄的氟聚合物箔，優(yōu)選PFA箔2和玻璃織物3。所述PFA箔2作為鋼箔1和玻璃織物3之間的粘接手段。將所述三層1、2、3相互壓緊并同時加熱至高溫。因此，所述PFA箔2熔化和液化并且將金屬箔1和織物3粘接在一起。隨后在冷卻區(qū)冷卻該層合材料。在冷卻期間，層合材料中的層保持相互壓緊。
所述鋼箔1和PFA箔2的厚度優(yōu)選為0.0254mm(1密耳)。在加工期間壓紋或預(yù)壓紋的所述薄鋼箔1提供有浮凸結(jié)構(gòu)來確保箔和層合材料分別的柔韌和耐用。優(yōu)選地，當(dāng)將所述箔壓在玻璃織物上(其間具有PFA箔)時，在所述箔上提供浮凸結(jié)構(gòu)。因此，所述箔上的波浪花紋與織物的表面輪廓相匹配。這導(dǎo)致強(qiáng)結(jié)合的和柔韌的層合。
在圖3和4中，示意性地示出了制造方法的兩個實(shí)施方案。
鄰近壓擠設(shè)備，提供了三個供給輥。從這些供給輥提供加工期間壓紋或預(yù)壓紋的鋼箔1的網(wǎng)狀物、熱塑性PFA箔2和玻璃織物3。將所述三層運(yùn)送到壓擠區(qū)段并組合。所述壓擠區(qū)段包括加熱區(qū)5和冷卻區(qū)6。在第一實(shí)施方案中所述加熱區(qū)5包含圖3中顯示的一組壓擠部件51，例如壓擠部件或夾緊裝置和在組合的層合材料網(wǎng)狀物4的每一側(cè)上的支撐網(wǎng)狀物52。所述冷卻區(qū)6還包含一組具有布置在組合材料網(wǎng)狀物4的每一側(cè)上的相關(guān)支撐網(wǎng)狀物62的壓擠部件61。
所述支撐網(wǎng)狀物52、62在加熱和冷卻區(qū)5、6中從兩側(cè)保護(hù)材料網(wǎng)狀物1、3。有利地適應(yīng)所述支撐網(wǎng)狀物52、62的幾何表面結(jié)構(gòu)，以便所述鋼箔1提供有大量柔和凹陷，使得箔1在壓擠操作期間提供有浮凸結(jié)構(gòu)，其通過經(jīng)常彎曲/撓曲層合材料來確保較長時間的耐用性。
將組合的層合材料網(wǎng)狀物4通過加熱區(qū)中兩個壓擠部件51運(yùn)送并且在壓力下保持在那兒10-300秒，這使得熱塑性氟聚合物箔2由于同時加熱至327-400℃而液化。隨后將組合的層合材料網(wǎng)狀物4通過推進(jìn)手段7向前拉，將加熱的材料網(wǎng)狀物4在壓力下保持在冷卻部件61之間并通常冷卻到環(huán)境溫度，但是根據(jù)所得層合材料的實(shí)際需求，優(yōu)選在環(huán)境溫度(例如20-30℃)下將其冷卻到0-250℃。層合材料網(wǎng)狀物4可以間歇地運(yùn)送通過壓擠區(qū)段，即加熱和冷卻區(qū)5、6。最終將層合材料卷繞在輥41上。
如圖4所示，作為替代方案，加熱和冷卻區(qū)5、6中的壓擠部件可以包含輥53、63。在這個實(shí)施方案中，層合材料網(wǎng)狀物4可以連續(xù)地通過一組熱壓輥53和隨后的一組冷壓輥63來運(yùn)送。為了確保氟聚合物在兩組壓輥53、63之間保持熔化，在其間提供加熱手段54，以便達(dá)到鋼箔1和織物3之間的所需的粘接強(qiáng)度。
所述鋼箔1是厚度為0.01-大于1mm的超薄金屬箔，優(yōu)選為0.0254mm(1密耳)，并且在加工期間壓紋或預(yù)壓紋。氟聚合物箔的厚度可以為0.01mm-1mm并且優(yōu)選地是PFA(全氟烷氧基)材料。其它適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)或純的PTFE(聚四氟乙烯)。
優(yōu)選所述織物的克重為50-3000g/m2。所述織物可以是玻璃織物，優(yōu)選克重為約600-700g/m2。作為替代方案，所述織物可以是硅酸鹽織物或陶瓷織物，優(yōu)選克重為600g/m2。
在加工期間壓紋或預(yù)壓紋的超薄金屬箔的其它類型可以是鋁、黃銅、銅或其它金屬合金。然而，當(dāng)使用PFA作為粘接手段時，必須注意，金屬的熔點(diǎn)是400℃以上，而且層合材料的最大容許溫度會受到層合材料中所用金屬類型的限制。
如果選擇其它熔點(diǎn)較低的金屬材料，可以使用FEP箔作為織物和金屬箔之間的粘接手段。由此實(shí)現(xiàn)約210℃的較低工作溫度。
至于金屬箔的浮凸結(jié)構(gòu)，意味著箔的與平坦表面結(jié)構(gòu)不同的任何種類的重復(fù)的變形結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，金屬箔在層合工藝的壓擠期間壓印。因此，避免了額外的加工步驟，并且作為結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。
根據(jù)優(yōu)選的制造方法，金屬箔在加熱和冷卻區(qū)壓擠期間提供有浮凸表面，根據(jù)層合材料中使用的金屬箔不同，壓力為5kg/cm2-1000kg/cm2。
通過本發(fā)明認(rèn)識到，浮凸結(jié)構(gòu)中的波浪花紋或凹陷必須是柔和的圓潤形狀，因?yàn)殇J利的邊緣將是箔中的應(yīng)力增加點(diǎn)并導(dǎo)致箔/層合材料的耐用性降低。如果出現(xiàn)銳利邊緣，就會因?yàn)閺澢c(diǎn)或彎曲線每次將重復(fù)出現(xiàn)在相同的線/點(diǎn)處而迅速達(dá)到金屬疲勞。通過柔和的波浪花紋，將在較大范圍內(nèi)發(fā)生彎曲，并且發(fā)現(xiàn)耐用性可以提高20-40％。
權(quán)利要求
1.一種耐熱層合材料，其包含金屬箔，織物，和金屬箔與織物之間的粘接手段，其特征在于粘接手段是將織物與金屬箔粘接在一起的氟聚合物箔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的層合材料，其中所述金屬箔是不銹鋼箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的層合材料，其中所述金屬箔的厚度為0.01-1mm，優(yōu)選厚度為0.0254mm(0.01英寸)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的層合材料，其中所述金屬箔提供有壓紋結(jié)構(gòu)，由此所述箔在該箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的層合材料，其中所述金屬箔提供有壓紋結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵摬诩庸て陂g在該箔的至少一部分上提供有大量微型凹凸花紋并且還進(jìn)行了預(yù)壓紋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的層合材料，其中所述織物的克重為50-3000g/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的層合材料，其中所述織物是玻璃織物，優(yōu)選克重為約700g/m2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的層合材料，其中所述織物是硅酸鹽織物或陶瓷織物，優(yōu)選克重為600g/m2。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的層合材料，其中所述氟聚合物箔的材料是PFA(全氟烷氧基)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的層合材料，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)或純的PTFE(聚四氟乙烯)。
11.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的層合材料，其中所述氟聚合物箔的厚度為0.01-1mm。
12.制造層合材料的方法，所述方法包括下列步驟-提供金屬箔的第一層；-提供熱塑性氟聚合物的第二層；-提供織物的第三層；-組合第一、第二和第三層，-壓擠該多層組合件，同時在加熱區(qū)加熱該組合件至溫度高于中間第二網(wǎng)狀物的熔點(diǎn)，持續(xù)預(yù)定時間，以將第一和第三網(wǎng)狀物層合在一起；和-冷卻層合材料，同時在冷卻區(qū)壓擠該層合材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中通過從所述多層組合件的每一側(cè)壓擠相互壓緊的部件持續(xù)預(yù)定時間來進(jìn)行壓擠，并將所述部件加熱到至少380℃的溫度，優(yōu)選為327-400℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中在組合的網(wǎng)狀物的每一側(cè)上提供支撐織物以在加熱區(qū)中保護(hù)所述層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14任一項(xiàng)的方法，其中壓擠時間為10-300秒，壓力為10N/cm2-1000N/cm2，這取決于所使用的金屬箔。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15任一項(xiàng)的方法，其中通過冷卻壓在層合材料上的部件并提供冷卻手段以將層合材料冷卻至0-250℃、優(yōu)選約20-30℃來進(jìn)行冷卻。
17.根據(jù)權(quán)利要求12-16任一項(xiàng)的方法，其中在組合的層的每一側(cè)上提供支撐織物以在冷卻區(qū)中保護(hù)所述網(wǎng)狀物。
18.根據(jù)權(quán)利要求12-17任一項(xiàng)的方法，其中第一層的金屬箔在壓擠期間提供有浮凸結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地至少在加熱區(qū)壓擠期間。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述支撐織物提供有預(yù)先形成的大量凹凸花紋，以在壓擠操作期間為金屬箔提供浮凸結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12-18任一項(xiàng)的方法，其中所述金屬箔提供有浮凸結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于壓擠期間第三層的織物的表面結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中所述金屬箔經(jīng)預(yù)壓紋并提供有浮凸結(jié)構(gòu)，對應(yīng)于壓擠期間第三層的織物的表面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，提供了包含金屬箔、織物和金屬箔與織物之間粘接手段的更耐熱的層合材料，其中粘接手段是起到將織物和金屬箔粘接在一起的粘合劑膜作用的氟聚合物箔。因此，提供了不滲透性層合材料，其是柔韌的和可以抵抗較高溫度而不分層的?？梢詫⒏鶕?jù)本發(fā)明的層合材料直接緊靠著熱元件安裝，當(dāng)織物是玻璃織物時溫度至高達(dá)到550℃，如果織物是陶瓷的則高達(dá)1100℃。所述粘接手段在溫度至高達(dá)到290℃時是穩(wěn)定的，并且在層合材料暴露在310℃的溫度下較長時間內(nèi)還提供穩(wěn)定和耐用的粘接。
文檔編號B32B15/14GK1960861SQ200580017537
公開日2007年5月9日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月1日
發(fā)明者庫爾特·尼爾森, 烏費(fèi)·托夫特 申請人:Ke－伯格曼公司