[科普中国]-塑料金属多层复合材料

塑料金属多层复合材料是以钢板为基体，多孔青铜为中间层，塑料为表层而构成。此类多层复合材料既具有金属的力学性能，又具有塑料表面的优良耐磨性能。钢背与塑料之间以多孔青铜为媒介，从而使界面结合可靠，结合强度高于喷涂和胶接。

塑料金属多层复合材料不但具有传统钢材的高强度，还具有质量轻、抗冲击、自润滑耐磨损等增强材料的各项优点，因此己成为制造领域的理想材料1。

层叠型塑料金属多层复合材料层叠型塑料金属多层复合材料可以分为两类：双面涂(复)塑钢板和夹芯钢板。

双面涂(复)塑钢板双面涂(复)塑钢板的结构形式外层是塑料，内层是金属。它兼有金属的强度和刚度，塑料的耐腐蚀性和色彩、图案。它的广泛应用开始于六十年代，国内在八十年代初才生产出自己的产品。

夹芯钢板夹芯钢板的复合形式外层为金属板，内夹塑料芯层。七十年代末，日本首先开发了这种材料，称为夹层减振钢板，应用于汽车制造。以后又派生出轻型层合钢板。国内目前还没有厂家正式生产。

夹层减振钢板由两层较厚的钢板(0.3~9.6mm)中间夹一薄层树脂(50~500μm)构成。钢板可采用冷轧板、酸洗板、镀锌板、着色钢板和不锈钢板等，夹层树脂可选用聚丙烯或尼龙等。两者可以直接利用夹层树脂粘合，也可以另选用粘结剂。

减振钢板中的树脂层吸收振动能，发生变形并转化为热能失散，因之可以起到减振作用。减振钢板的冲压成形性、耐热性、耐油污性都很好，简单处理后焊接性能也很好。应用于汽车制造业，制成发动机油底壳和车身底板等，可使汽车噪音减少30%。应用于机械制造业，制成各种机壳、挡板、外罩壳等，减振效果也很明显。

轻型层合钢板结构形式为两层薄金属板(0.0127~0.3mm)中间夹一层较厚的塑料芯层(0.4~0.6mm)。金属板可以选用各种钢板，也可选用有色金属板。夹层树脂常选用聚乙烯醇缩丁醛、尼龙、卡普隆等。常温使用的层合板可用环氧酚醛粘结剂。高温使用时选用聚苯并咪哇或聚酞亚胺等粘结剂。这种层合钢板虽然也具有减振的特性，但主要利用它重量轻的特点。主要适用于无载荷或承受少量弯曲载荷的构件。它不能焊接，采用粘合或机械联接方法。应用于车身壁板、房顶、隔音门和家具等效果很好。

混合型塑料金属多层复合材料混合型金属一塑料复合材料包括金属填充塑料和金属塑料两种2。

金属填充塑料金属填充塑料是含有金属粉末的塑料。可将金属粉和塑料粉混匀后，加热塑化(固化)而成，或将金属粉混入塑料熔体最后固化而成。

金属填充塑料的历史可以追溯到三十多年以前。根据不同的需要，选择不同的塑料、金属粉末，制成不同性能、用途的填充塑料。主要品种有:青铜填充塑料减摩材料、导电塑料、磁性能塑料、辐射防护塑料复合材料等。选用的金属粉主要有：铝、铜、钢、铅、锌、钴和银等纯金属或合金。选用的塑料品种有：聚四氟乙烯、尼龙、聚氯乙烯和聚乙烯等。金属粉末的形状有颗粒状、枝晶状、鳞片状、海绵状和纤维状等。金属粉末的填充量根据需要，选择范围从百分之几到百分之九十以上。

金属塑料金属塑料是塑料渗入多孔金属的复合材料。多孔金属一般应用粉末冶金技术制成。金属塑料强度高、耐磨性好，并且是良好的自润滑材料。用它做成轴承，当轴承摩擦发热时，多孔金属中的塑料由于热膨胀系数远远大于金属，因而从孔中挤出，使润滑剂(塑料)不断向摩擦界面补充，实现摩擦副之间的良好润滑。DU材料一般作为金属塑料的典型例子。DU材料我国称为塑料一金属三层复合自润滑材料，一般由钢背、多孔青铜和塑料复合而成。其中多孔金属层主要由球形青艺铜粉制成。所用的塑料主要是聚四氟乙烯共瞩材料或聚甲醛共混材料，也有采用聚月先亚胺或聚偏二氟乙烯等。钢背的作用是提高轴承的机械强度和承载能力。多孔金属层中有塑料渗入，轴承表面还有很薄的塑料层。

DU材料的特点:摩擦系数小、耐磨性好、热膨胀小、导热性能优良、使用温度范围宽、使用寿命长。因之各国都有广泛采用，我国在七十年代起也生产这类产品。

金属塑料制成的各种轴承、轴套、轴瓦、导轨等减摩元件，应用于汽车、农机、无油压缩机、纺织机械、船舶、飞机等。特别是用金属塑料代替金属填充塑料用于无油气体压缩机，大大延长了维修周期和使用寿命。

表面型塑料金属多层复合材料金属制品表面涂塑料层或塑料制品表面镀金属层，在一定程度上也符合复合材料的定义。其中有些例子，例如用于服装上的金银丝就是表面镀有金属的化学纤维，具有独特的装饰效果，作为表面型塑料金属多层复合材料是完全名副其实的。

金属制品表面涂塑料层工程塑料耐腐蚀性优异。但是它很难溶于任何溶剂，无法制成清漆和磁漆，所以长期未能在涂料行业中得到应用。直到1954年西德的詹姆将聚烯粉末用流化床法涂覆成功后，才揭开了塑料涂层这新的一页。

用于塑料涂层的塑料有:：聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等。

制备塑料涂层的方法有：粉末喷涂法和悬浮液法。

粉末喷涂法：先将工程塑料制成粉末，然后用流化床法、静电喷涂法、等离子喷涂法等方法涂覆，直接得到塑料涂层。喷涂法不用溶剂，工艺简单，涂层与基体附着力强，是很有发展前途的方法。

悬浮液法：将塑料粉末放入球磨机中，加入液体磨成悬浮液，然后可用一般的喷涂、刷涂或浸涂方法。待溶剂挥发后，进行加热塑化处理才能形成连续的塑料涂层。息浮液法制成的涂层外观好，最大缺点是工艺繁杂。

塑料涂层可用于腐蚀环境中使用的设备、仪器的保护涂层，或用于各种容器、管道内表面的保护涂层。此外还用作绝缘涂层和不粘性涂层。

塑料制品表面镀金属层镀金属层的方法可以分为干法和湿法两大类。干法是指真空镀膜法，包括：蒸镀、溅射、离子镀等几种方法。其中磁控溅射工艺应用最为广泛。干法镀膜工艺无废液和环境污染问题，可镀的塑料品种不受限制。湿法镀层是塑料电镀法，可镀的塑料品种有限制。

镀有金属层的塑料制品国内外都有广泛的应用。不仅用于轻纺工业、建筑业、汽车制造业，也用于电子工业及尖端技术。聚四氟乙烯电镀后用作火箭、飞船上的反射器和低温绝缘材料也很有特色。

本词条内容贡献者为:

杨晓红 - 副教授 - 西南大学