專利名稱：金屬襯墊原料板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬襯墊原料板，具體來說，本發(fā)明涉及一種在金屬板上有一橡膠層的疊層金屬襯墊原料板及其生產(chǎn)方法。
例如，當襯墊用在由于發(fā)動機重復運行和停止而造成溫度大幅變化的部分中，如發(fā)動機的襯墊嵌入部分中時，發(fā)動機和襯墊的界面會用于溫度的變化而磨損。另一方面，特別是用粘結(jié)劑將氟橡膠、丙烯腈橡膠等涂覆在襯墊中的金屬板上形成橡膠層時，該橡膠層具有高的摩擦阻力，因為該襯墊表面由橡膠層組成，所以，襯墊不易滑動。
因此，如果將表面由橡膠層組成的襯墊用在發(fā)動機上，振動會產(chǎn)生高的剪切應力，在金屬板和粘結(jié)層之間產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。結(jié)果會產(chǎn)生橡膠層從金屬板上剝離的問題。其中的一個目的是密封襯墊的冷卻水(含有電解質(zhì)組分的防凍液)將滲入金屬板形成堿性物質(zhì)。這兩種現(xiàn)象會使金屬板和粘結(jié)層之間產(chǎn)生剝離現(xiàn)象。結(jié)果就會產(chǎn)生橡膠層從金屬板上剝離的問題。
為了消除上述剝離現(xiàn)象，傳統(tǒng)上，將含有鉻化合物、磷酸和二氧化硅(可商購的涂層型鉻酸鹽處理劑的例子是Nippon Paint Co.，Ltd生產(chǎn)的商標為Surfcoat NRC300TH或Nihon ParkerizingCo.，Ltd生產(chǎn)的商標為Zinchrom R1415的物質(zhì))的水溶液通過浸漬法或輥涂法應用在金屬板表面上，金屬板的例子是鋁板、鐵板和鍍鋅鋼板，然后將其干燥形成復合涂層。
但是，近來因為環(huán)境問題變得很嚴重，所以，在襯墊的表面處理中應當使環(huán)境的負擔盡可能地小。具體來說，用氧化鉻進行鉻酸鹽處理時存在的問題是排放工業(yè)廢物、六價鉻對環(huán)境的負面影響或?qū)θ梭w的毒性。因此，對于涂膠法來說，必須開發(fā)一種對環(huán)境和人體都影響很小的預處理技術(shù)。
本發(fā)明可有利地解決上述問題。在本發(fā)明提供的疊層型金屬襯墊原料板中，用粘結(jié)層使橡膠層置于金屬板上，其中，二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層形成在金屬板表面和粘結(jié)層之間。
對于本發(fā)明的金屬襯墊原料板，化學粘結(jié)在金屬板表面的二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層通過縮合反應形成在金屬板的表面上。另一方面，二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層化學粘結(jié)在粘結(jié)層上，并且二氧化硅-氧化鋁縮合物中的氧化鋁從底層突起，作為底層和粘結(jié)層之間的定位件，以通過底層和粘結(jié)層使橡膠層緊緊地固定在金屬板上。
因此，根據(jù)本發(fā)明的金屬襯墊原料板，因為金屬板、底層和粘結(jié)層相互化學粘結(jié)在一起，所以粘結(jié)強度可進一步提高，與用傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理劑相比，由底層和粘結(jié)層產(chǎn)生的金屬板和橡膠層之間的耐剝離性得以改善。因此，可以確保橡膠層不從金屬板上剝離。
另外，根據(jù)本發(fā)明的金屬襯墊原料板，因為在襯墊的表面處理中沒有使用氧化鉻，所以不會出現(xiàn)上述由于使用氧化鉻而產(chǎn)生的對環(huán)境的負面影響或?qū)θ梭w的毒性問題，并且可以提供對環(huán)境和人體都影響很小的金屬襯墊原料板。
另外，本發(fā)明提供一種金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，其中，當形成本發(fā)明的金屬襯墊原料板的底層時，以0.5-15wt％的氫氧化鋁對5wt％固體含量的硅烷耦合劑的比例混合的氫氧化鋁和硅烷耦合劑所產(chǎn)生的混合物施加在金屬板表面上后加熱。
在本發(fā)明的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法中，例如，以0.5-15wt％的氫氧化鋁對5wt％固體含量的硅烷耦合劑的比例將氫氧化鋁細粉(例如，Showa Denko K.K.生產(chǎn)的商標為Higilite H-42M)加入到如氨基硅烷基或環(huán)氧硅烷基硅烷耦合劑(例如，Shin-Etsu Chemical Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為KBM602或KBM403或者Nippon Unicar Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為NUC Silicone Primer APZ-6633)中，然后進行攪拌和分散，直到該混合物成為均質(zhì)體。然后用如輥筒直接將該混合物施加在由含鉻合金制備的金屬板(如，SUS801S等的不銹鋼板)上，然后在250-300℃下加熱幾分鐘。于是發(fā)生脫水縮合反應，氫氧化鋁中的羥基和硅烷耦合劑中的氫相互化學鍵合在一起并因此而脫水形成氧化鋁。形成的氧化鋁從底層突起，作為底層和粘結(jié)層之間的定位件。另一方面，在金屬板和硅烷耦合劑之間，硅烷耦合劑中的水脫除，因此，硅烷耦合劑中的二氧化硅中所含的硅使金屬板中的鉻與上述的氧化鋁相互化學鍵合在一起。因此，化學粘結(jié)在金屬板上的二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層形成在金屬板表面上。
另外，用如輥筒將如酚基或環(huán)氧基粘結(jié)劑施加在底層上，然后在如250-300℃下加熱0.5-5分鐘。于是，已經(jīng)化學粘結(jié)在金屬板上的底層和已經(jīng)施加在底層上的粘結(jié)劑相互化學鍵合在一起，在底層上形成粘結(jié)層。然后將如丁腈橡膠(NBR)基合成橡膠等的橡膠層施加在粘結(jié)層上。
因此，根據(jù)本發(fā)明的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，因為金屬板、底層和粘結(jié)層相互化學粘結(jié)在一起，所以粘結(jié)強度可進一步提高，與用傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理劑相比，由底層和粘結(jié)層產(chǎn)生的金屬板和橡膠層之間的耐剝離性得以改善。因此，可以確保橡膠層不從金屬板上剝離。
另外，根據(jù)本發(fā)明的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，因為在襯墊的表面處理中沒有使用氧化鉻，所以不會出現(xiàn)上述由于使用氧化鉻而產(chǎn)生的對環(huán)境的負面影響或?qū)θ梭w的毒性問題，并且可以提供對環(huán)境和人體都影響很小的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法。
另外，在本發(fā)明的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法中，氫氧化鋁的粒度(顆粒直徑)范圍是0.5-5μm。在這種情況下，粘結(jié)層和底層之間的定位性能可保持很高，由于在底層中使用了二氧化硅-氧化鋁縮合物的細粉氧化鋁，因此還可以形成光滑的底層。
如上所述，氫氧化鋁的粒度范圍是0.5-5μm。其原因是如果氫氧化鋁的粒度小于0.5μm，則底層和粘結(jié)層之間的定位性能下降，這是因為脫水縮合反應形成的二氧化硅-氧化鋁縮合物中的氧化鋁顆粒太小，另一方面，如果氫氧化鋁的粒度大于5μm，則底層中的顆粒凸出底層表面，使底層不光滑。
在該實施方案的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法中，將0.5-15wt％的氫氧化鋁細粉(例如，Showa Denko K.K.生產(chǎn)的商標為Higilite H-42M)加入到5wt％固體含量的氨基硅烷基或環(huán)氧硅烷基硅烷耦合劑(例如，Shin-Etsu Chemical Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為KBM602或KBM403或者Nippon Unicar Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為NUC Silicone Primer APZ-6633)中，然后進行攪拌和分散，直到該混合物成為均質(zhì)體。然后用輥筒直接將該混合物施加在由含鉻合金制備的金屬板2(如，SUS801S等的不銹鋼板)上，然后在250-300℃下加熱幾分鐘。于是發(fā)生脫水縮合反應，氫氧化鋁中的羥基和硅烷耦合劑中的氫相互化學鍵合在一起并因此而脫水形成氧化鋁。形成的氧化鋁從底層3突起，作為底層3和粘結(jié)層4之間的定位件。另一方面，在金屬板2和硅烷耦合劑之間，硅烷耦合劑中的水脫除，因此，硅烷耦合劑中的二氧化硅中所含的硅使金屬板2中的鉻與上述的氧化鋁相互化學鍵合在一起。因此，化學粘結(jié)在金屬板2上的二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層3形成在金屬板2表面上。
另外，用輥筒將酚基或環(huán)氧基粘結(jié)劑施加在底層3上，然后在250-300℃下加熱0.5-5分鐘。于是，已經(jīng)化學粘結(jié)在金屬板2上的底層3和已經(jīng)施加在底層3上的粘結(jié)劑相互化學鍵合在一起，在底層3上形成粘結(jié)層4。在該實施方案中，將丁腈橡膠(NBR)基合成橡膠等的橡膠層5施加在粘結(jié)層4上。
因此，根據(jù)該實施方案的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，因為金屬板2、底層3和粘結(jié)層4相互化學粘結(jié)在一起，所以粘結(jié)強度可進一步提高，與用傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理劑相比，由底層3和粘結(jié)層4產(chǎn)生的金屬板2和橡膠層5之間的耐剝離性得以改善。因此，可以確保橡膠層5不從金屬板2上剝離。
為了說明加入到硅烷耦合劑中的氫氧化鋁的加入量的影響，圖5示出在將0-20wt％的氫氧化鋁(Showa Denko K.K.生產(chǎn)的商標為Higilite)加入到5wt％固體含量的硅烷耦合劑(在圖中表示為氫氧化鋁(商標為Higilite)混合材料)中的情況下制成的金屬襯墊原料板和用氧化鉻的通用化學轉(zhuǎn)化處理劑作為底層(在圖中表示為氧化鉻化學轉(zhuǎn)化處理材料)制成的傳統(tǒng)產(chǎn)品的對比結(jié)果。圖5a示出氫氧化鋁的加入量(wt％)和粘結(jié)強度(MPa)的關(guān)系，圖5b示出氫氧化鋁的加入量(wt％)和底層剝離(與通過底層連接的橡膠層)前滑動次數(shù)(次數(shù))的關(guān)系。用不銹鋼板作為金屬板。
圖5a和圖5b示出當氫氧化鋁(商標為Higilite)的加入量(wt％)范圍是約0.5-15wt％時，該實施方案的金屬襯墊原料板比使用通常的氧化鉻的傳統(tǒng)產(chǎn)品的粘結(jié)強度和剝離前滑動次數(shù)都要高。因此，根據(jù)該實施方案的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，與用氧化鉻的通用化學轉(zhuǎn)化處理劑作為底層制成的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，通過將0.5-15wt％的氫氧化鋁和5wt％固體含量的硅烷耦合劑混合，可以提高由底層和粘結(jié)層產(chǎn)生的金屬板和橡膠層之間的粘結(jié)性能，因此，可以形成粘結(jié)強度高且橡膠層難以從金屬板上剝離的金屬襯墊原料板。
另外，根據(jù)該實施方案的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，因為在襯墊的表面處理中沒有使用氧化鉻，所以不會出現(xiàn)上述由于使用氧化鉻而產(chǎn)生的對環(huán)境的負面影響或?qū)θ梭w的毒性問題，并且可以提供對環(huán)境和人體都影響很小的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法。
在該實施方案的生產(chǎn)方法中，使用的氫氧化鋁的粒度(顆粒直徑)范圍要求是0.5-5μm。在這種情況下，粘結(jié)層和底層之間的定位性能可保持很高，由于在底層中使用了二氧化硅-氧化鋁縮合物的細粉氧化鋁，因此還可以形成光滑的底層。
如上所述，氫氧化鋁的粒度范圍是0.5-5μm。其原因是如果氫氧化鋁的粒度小于0.5μm，則底層和粘結(jié)層之間的定位性能下降，這是因為脫水縮合反應形成的二氧化硅-氧化鋁縮合物中的氧化鋁顆粒太小，另一方面，如果氫氧化鋁的粒度大于5μm，則底層中的顆粒凸出底層表面，使底層不光滑。
另外，根據(jù)如上所述生產(chǎn)的金屬襯墊原料板1，因為金屬板2、底層3和粘結(jié)層4相互化學粘結(jié)在一起，所以與傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理材料相比其粘結(jié)強度可進一步提高，由底層3和粘結(jié)層4產(chǎn)生的金屬板2和橡膠層5之間的耐剝離性得以改善。因此，可以確保橡膠層5不從金屬板2上剝離。
另外，根據(jù)該金屬襯墊原料板1，因為在襯墊的表面處理中沒有使用氧化鉻，所以不會出現(xiàn)由于使用氧化鉻而產(chǎn)生的對環(huán)境的負面影響或?qū)θ梭w的毒性問題，因此可以提供對環(huán)境和人體都影響很小的金屬襯墊原料板。
實施例下面描述本發(fā)明的金屬襯墊原料板的一個實施例及其生產(chǎn)方法的一個實施例。對于該實施例的金屬襯墊原料板1，用含鉻的不銹鋼板(SUS301S)作為前述

圖1中所示的金屬板2，底層3形成于金屬板2的表面上，粘結(jié)層4形成于底層3上，橡膠層5置于粘結(jié)層4上。
在生產(chǎn)該實施例的金屬襯墊原料板1的該實施例的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法中，將2wt％的氫氧化鋁細粉(Showa Denko K.K.生產(chǎn)的商標為Higilite H-42M，平均粒度(平均顆粒直徑)是1.0μm)加入到5wt％固體含量的氨基硅烷基硅烷耦合劑(Nippon Unicar Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為NUC Silicone Primer APZ-6633)中，然后進行攪拌和分散，直到該混合物成為均質(zhì)體。然后用輥筒將800-1200mg/m2的該混合物施加在不銹鋼板2的表面上，然后在250-300℃下加熱幾分鐘。于是發(fā)生脫水縮合反應，因此，形成化學粘結(jié)在不銹鋼板2表面上且具有高粘結(jié)強度的厚約幾微米的二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層3。
另外，用輥筒將酚基粘結(jié)劑施加在底層3上，然后在250-300℃下加熱0.5-5分鐘。于是，粘結(jié)劑化學粘結(jié)在底層3上，以此形成具有高粘結(jié)強度的粘結(jié)層4。在該實施例中，通過涂敷丁腈橡膠(NBR)基合成橡膠在粘結(jié)層4上形成15-30μm厚的橡膠層5。于是就生產(chǎn)出圖1所示的疊層金屬襯墊原料板1，其中，用底層3和粘結(jié)層4使橡膠層5置于不銹鋼板2上。
為了研究如上所述用該實施例的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的該實施例的金屬襯墊原料板1的不銹鋼板2和底層3之間的粘結(jié)強度，用汽車密封材料的實驗方法(JIS K6830)測定其剪切粘結(jié)強度。測定結(jié)果示于圖2。和圖2類似，圖3示出相對于防水粘結(jié)性能的剪切粘結(jié)強度的測定結(jié)果。在圖2和圖3中，對于該實施例的金屬襯墊原料板中的沒有使用鉻的非鉻底料(無鉻產(chǎn)品)，測定剛生產(chǎn)的樣品(STD)和將該STD樣品在200℃下加熱72小時使其劣化后得到的樣品的剪切粘結(jié)強度(MPa)值，并將該剪切粘結(jié)強度(MPa)值與在底層中使用鉻的傳統(tǒng)產(chǎn)品(傳統(tǒng)的Cr產(chǎn)品)的剪切粘結(jié)強度值進行對比。
如圖2和圖3所示，在剪切粘結(jié)強度和相對于防水粘結(jié)性能的剪切粘結(jié)強度方面，該實施例的非鉻底料(無鉻產(chǎn)品)與傳統(tǒng)產(chǎn)品(傳統(tǒng)的Cr產(chǎn)品)等同，或優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品(傳統(tǒng)的Cr產(chǎn)品)。
另外，金屬襯墊原料板的耐磨性是其重要功能中的一個因素，所以按照用針盤法(pin-on-disk)測定人造關(guān)節(jié)用材料的耐磨性的實驗方法(JIS T0303)用低負荷磨損試驗機(Rhesca Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為FPR2000R)測定該實施例的金屬襯墊原料板1的耐磨性。測定結(jié)果示于圖4。耐磨性的標度是重復運動的次數(shù)。由該測定結(jié)果可以看出用該實施例的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的該實施例的金屬襯墊原料板1(其中的底層3是無鉻產(chǎn)品)與用鉻的傳統(tǒng)底層的傳統(tǒng)產(chǎn)品(傳統(tǒng)的Cr產(chǎn)品)相比，其具有按指數(shù)規(guī)律提高的耐磨性。
另外，對于該實施例的金屬襯墊原料板1，通過測定熱劣化后的粘結(jié)強度(MPa)、剝離前的滑動次數(shù)(次數(shù))和浸沒在防凍液中的剝離時間(小時)來研究在氨基硅烷基硅烷耦合劑(Nippon Unicar Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為NUC Silicone Primer APZ-6633(5wt％的固體含量))中加入2wt％的氫氧化鋁細粉(Showa Denko K.K.生產(chǎn)的商標為HigiliteH-42M)的作用。在該研究中，還研究傳統(tǒng)氧化鉻化學轉(zhuǎn)化處理材料和作為對比實施例的使用非氫氧化鋁的混合物的原料板。研究結(jié)果示于表1。

表1
在表1中，其中的底層是只用硅烷耦合劑(Nippon Unicar Co.Ltd.生產(chǎn)的商標為NUC Silicone Primer APZ-6633)的底料(沒有混入氫氧化鋁等添加劑的底料)形成的金屬襯墊原料板作為對比實施例1。其中的底層是用2wt％的氧化鋁、2wt％的二氧化硅、2wt％的在800℃下焙燒的Higilite H-42(將氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成氧化鋁)與作為基料的對比實施例1的底料混合的底料形成的金屬襯墊原料板分別作為對比實施例2、3和4。
由表1可以看出其中加入了Higilite H-42的該實施例的底層3與對比實施例1-3相比具有改進的熱劣化后的粘結(jié)強度和剝離前的滑動次數(shù)。由表1還可以看出與該實施例不同，對于由其中混合了在800℃下焙燒的Higilite H-42的底料形成的底層，在800℃下焙燒氫氧化鋁(商標為Higilite H-42)的脫水反應將用于化學鍵合的羥基脫除，所以不會發(fā)生合適的脫水縮合反應，因此，與該實施例相比，其熱劣化后的粘結(jié)強度下降。因此，當如該實施例的底層3的情況將HigiliteH-42加入耦合劑后在200-300℃下加熱時，會發(fā)生合適的脫水縮合反應，因此，可以形成其中粘結(jié)強度增加且橡膠層5不易剝離的金屬襯墊原料板1。
另外，在該實施例的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法中，因為2wt％的氫氧化鋁加入5wt％固體含量的硅烷耦合劑中形成上述圖5a和圖5b所示的底層3，所以粘結(jié)強度和剝離前的滑動次數(shù)都能接近最大值。因此，可以提高由底層3和粘結(jié)層4產(chǎn)生的不銹鋼板2和橡膠層5之間的粘結(jié)性能。因此，粘結(jié)強度很高且橡膠層5更不易于從不銹鋼板2上剝離。
上面是參照實施例對本發(fā)明進行的說明，但是，本發(fā)明不限于上述實施例。例如，盡管在上述實施例中用不銹鋼作為金屬板材料，但是，金屬板材料并不限于不銹鋼。任何象不銹鋼板那樣能通過在硅烷耦合劑中加入氫氧化鋁形成底層的脫水縮合反應化學粘結(jié)在底層上的材料都可用于本發(fā)明的金屬板。
權(quán)利要求
1.一種疊層型金屬襯墊原料板，其特征是，用粘結(jié)層使橡膠層置于金屬板上，其中，二氧化硅-氧化鋁縮合物的底層形成在所述金屬板表面和所述粘結(jié)層之間。
2.一種金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，其特征是，當形成權(quán)利要求1所述的金屬襯墊原料板的所述底層時，以0.5-15wt％的氫氧化鋁對5wt％固體含量的硅烷耦合劑的比例混合的氫氧化鋁和硅烷耦合劑所產(chǎn)生的混合物施加在所述金屬板表面上后加熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬襯墊原料板的生產(chǎn)方法，其特征是，所述氫氧化鋁的粒度范圍是0.5-5μm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非鉻處理的材料，其中，由底層和粘結(jié)層產(chǎn)生的金屬板和橡膠層之間的耐剝離性(振動和防凍液將使之下降)得到提高，橡膠層不易于從金屬板上剝離，且該材料對環(huán)境和人體的影響很小。在疊層型金屬襯墊原料板(1)中，用粘結(jié)層(4)使橡膠層(5)置于不銹鋼板(2)上，二氧化硅－氧化鋁縮合物的底層(3)形成在不銹鋼板(2)表面上。
文檔編號C23C18/12GK1397751SQ0210536
公開日2003年2月19日 申請日期2002年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月16日
發(fā)明者宮下將史, 渡邊慎吾, 三角憲史, 三津山直道 申請人:日本里可雷斯工業(yè)株式會社