[发明专利]与金属粘接的聚合物混合材料涂层及其制法和用途

说明书

本发明一般涉及将聚合物与金属相粘接的技术领域，并特别涉及到将氟化聚合物与金属、包括黑色金属相粘接。

在化学工业以及许多其中工业中，各种混合材料被用于制造设备和装置。并在许多场合使用金属来加强设备的结构强度。然而，这些设备常与要被处理的强腐蚀性介质接触，并且在温度升高和、或压力增大的情况下，强腐蚀性介质的腐蚀性加剧。因而，在许多工艺过程中有一种要求，在温度与压力变化的情况下，特别在温度升高压力增大的情况下，保护制造这种设备所用的金属不受腐蚀。

一般采用防腐的方法保护设备金属不受腐蚀，即在与腐蚀性介质相接触的设备金属表面附上其它材料。通常选用那些与腐蚀设备金属的腐蚀性物质有很小或最好没有化学反应的物质作为防腐层或防腐材料。

一种防止设备金属表面腐蚀的方法是使用含有聚合物的防腐材料在金属表面形成防护层。这种方法在温度不太高，低于所用聚合物热分解温度，腐蚀性介质的腐蚀性较强的情况下，已取得一些成功。此种方法也可用于抗粘要求高的场合，如烘干机及输送装置滚筒等的保护层。

在努力克服大多数聚合物所具有的局限性中，考虑到耐腐蚀的要求和提高温度范围的限制，采用氟化聚合物作为基底结构材料表面的覆盖层即涂层。众所周知，相对于其它聚合物，氟化聚合物具有更好的抗腐蚀性，它的热分解温度也比较高，其韧性与其它聚合物一样比玻璃大得多，并且在被熔解前它不与一般化学物质反应，因此，氟化聚合物在工业上已经被用作化学防护层。

另一方面，较之其它聚合物，氟化聚合物的特点是它有非常长的链，分子量高，熔解粘度高，从熔解到热分解之间的温度范围窄;它的导热性差，难于供给热量使其熔化，因而，形成不连续的涂层;这些因素加在一起，在许多情况下，使氟化聚合物形成防护层时产生处理上的困难，或者就不能实现。因此，尽管氟化聚合物最初被考虑作为化学防护层，由于处理和应用上的困难，许多情况下实际上并不使用它。

本发明涉及改进含有氟化聚合物的涂层的措施。

下述出版物公开了含有氟碳聚合物的涂层：美国专利US4064963和US4605695，英国专利UK2051091，和欧洲专利局专利EPO10152。

众所周知，涂层的化学渗透性与其厚度成反比，包括上述出版物中所述及的涂层。因为氟化聚合物特有的高粘度，使其熔解流动性低，加之熔融速度慢，要形成比较厚的涂层相当困难。为使氟化聚合物树脂的微粒相互粘接或与金属面粘接，必须使微粒温度达到高于其熔点温度而又低于其热分解点温度的窄小范围内，如果控制不好，空气就会裹入到微粒之间，使涂层中出现气泡。较大和较复杂的金属表面进行涂层就更难控制。因为很难做到把表面上每一处的氟化聚合物都控制在高于其熔点低于其热分解点的窄小温度范围内。另外，邻近涂层表面的空气温度也须达到此窄小温度范围。最后一点，尽管氟化聚合物导热性差，要求涂层横断面厚度上的所有氟化聚合物微粒也都必须达到此窄小温度范围。

已经有过许多尝试：用几层薄氟化聚合物涂层作为防护层，即将一层涂在另一层之上，层与层之间安排一定时间的加热。在公知的工业应用中，使粉末状的氟化树脂微粒悬浮在通常是水的液体中，然后以薄层形式扩散到金属表面上，接着进行加热。重复上述过程多次，每次可涂上厚度为0.03mm至0.3mm的涂层。使用这种方法已碰到困难，即有少量悬浮液的携带液体会遗留在粉末状树脂微粒之间的小凹坑内，当加热时，它们蒸发并膨胀，使涂层脱粘。这种现象作为表面气泡显示出来。即使每次扩散形成的薄层都被认真地干燥，仍然不能获得层与层之间理想的粘接，其原因不详。

还存在着一个更大的问题是，如何使悬浮液中的氟化聚合物扩散并保持均匀地悬浮。为解决上述问题，使用了各种各样的添加剂，如表面活性剂，去泡沫剂和其它“湿润助剂”及“工艺助剂”等等。现在人们认识到，即使在层间无气泡产生的情况下，这些添加剂也防碍氟化聚合物薄涂层之间有效的粘接。

近来已作过一些尝试，把干燥的氟化聚合物树脂粉末通过静电沉积、絮凝和流化床技术涂到金属表面上去。虽然已获得了0.3mm以上厚度的涂层，但无论涂单一厚层，还是涂多层薄层分步加热，在加热过程中有气泡及空隙产生，为获得1mm厚度的涂层的尝试是失败的。其原因不明。