[发明专利]一种橡胶基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种橡胶基复合材料，该橡胶基复合材料包括橡胶基底；在橡胶基底上交替沉积的金属层和陶瓷层；以及，作为最外层的掺陶瓷碳层。与现有橡胶碳薄膜复合材料相比，本发明复合材料具有承载力高、结合力高、摩擦低的特点，制备过程简单，易于实现大面积工业化应用。

技术领域

本发明属于橡胶密封材料领域，具体涉及一种用于密封件的橡胶基复合材料。

背景技术

现代工业设备中存在大量的密封装置，用以防止工作介质泄漏及外界灰尘和异物侵入。密封介质一旦泄漏，会造成能源浪费、物料流失、设备损坏、环境污染，从而损害工作人员健康，甚至会酿成火灾、引起爆炸、造成停产、直接危及人身安全，带来巨大经济损失。目前，大多密封泄漏事故均与密封件的磨损失效有关。例如，1986年１月28日，美国 “挑战者”号航天飞机升空后不久爆炸，造成这场航天史上最大悲剧的主要原因是左侧火箭助推器连接处Ｏ形环密封圈磨损失效引起的泄漏。因此，密封件磨损失效是机械设备密封系统关键共性技术问题之一。

橡胶由于其弹性模量小、伸长率高、耐密封介质腐蚀性能强，因此作为重要的动密封部件广泛应用于航空航天、汽车、化工机械等技术领域。然而，当橡胶与金属配副时会产生巨大的粘着摩擦力和滞后摩擦力，使得橡胶密封件与装配件之间产生磨损，从而使橡胶密封件使用寿命大大地减短，同时影响系统安全性和精确性。因此，减小橡胶密封件与装配件之间的摩擦力具有重要的意义。传统降低橡胶密封件磨损的主要方法是在橡胶体与金属配副之间形成油膜降低摩擦力。但由于油液在重力作用下会流到底部而形成油污，如不及时清理会使得半自动化或自动化机械设备被堵塞，从而导致设备停工维修。此外，由于润滑油受到热及介质的影响，基础油和稠化剂被氧化，导致润滑油结构被破坏，造成润滑油失效。因此，探寻有效的改善橡胶密封件耐磨性的方法迫在眉睫。

由于材料摩擦磨损总是发生在材料的表面或亚表面，因此表面固体润滑碳薄膜改性技术无疑是最理想的方法。碳薄膜与橡胶具有良好的化学相容性，而表面改性又不会改变橡胶基底的自身属性(如柔韧性，抗拉强度等)，因而是橡胶表面耐磨改性的理想材料。改性后橡胶与金属配副之间的接触转变为碳薄膜与金属配副之间的摩擦，避免了橡胶基体与摩擦副直接接触，从而有效降低了薄膜的粘着磨损。然而，橡胶是软基底而碳薄膜是硬质涂层，如何确保其良好的结合力是重中之重。

发明内容

针对橡胶与碳薄膜结合力差的问题，本发明提供了一种具有高结合力的橡胶基复合材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种橡胶基复合材料，其特点在于，所述橡胶基复合材料包括橡胶基底；

在橡胶基底上交替沉积的金属层和陶瓷层；

以及，作为最外层的掺陶瓷碳层。

优选地，所述橡胶基底为氟橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶中的任意一种，优选地，所述橡胶基底的表面光洁度Ra＜200nm，厚度为0.5～5mm。

优选地，所述金属层为Al层或Cu层。

优选地，所述陶瓷层则为SiC层或WC层。

优选地，所述掺陶瓷碳层为掺SiC或WC的碳层，更优选地，所述掺陶瓷碳层为掺SiC或WC纳米颗粒的碳层。

优选地，交替沉积的金属层和陶瓷层共有4～10层，如4、6、8、10层，以控制交替沉积的最后一层为陶瓷层。以使掺陶瓷碳层与陶瓷层接触。

上述的橡胶基复合材料的制备方法，包括：

在橡胶基底上交替沉积金属层和陶瓷层；

以及，沉积掺陶瓷碳层。

优选地，所述沉积的方式为真空溅射沉积。